一、 类加载器

ClassLoader即常说的类加载器,其功能是用于从Class文件加载所需的类,主要场景用于热部署、代码热替换等场景。 系统提供3种的类加载器:Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、Application ClassLoader

1.1 Bootstrap ClassLoader

启动类加载器,一般由C++实现,是虚拟机的一部分。该类加载器主要职责是将JAVA_HOME路径下的\lib目录中能被虚拟机识别的类库(比如rt.jar)加载到虚拟机内存中。Java程序无法直接引用该类加载器

1.2 Extension ClassLoader

扩展类加载器,由Java实现,独立于虚拟机的外部。该类加载器主要职责将JAVA_HOME路径下的\lib\ext目录中的所有类库,开发者可直接使用扩展类加载器。 该加载器是由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。

1.3 Application ClassLoader

应用程序类加载器,该加载器是由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现,该类加载器负责加载用户类路径上所指定的类库。开发者可通过ClassLoader.getSystemClassLoader()方法直接获取,故又称为系统类加载器。当应用程序没有自定义类加载器时,默认采用该类加载器。
ClassLoader.java

  1. public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
  2. initSystemClassLoader(); //初始化系统类加载器 【见下文】
  3. if (scl == null) {
  4. return null;
  5. }
  6. SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
  7. if (sm != null) {
  8. ClassLoader ccl = getCallerClassLoader();
  9. if (ccl != null && ccl != scl && !scl.isAncestor(ccl)) {
  10. sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
  11. }
  12. }
  13. return scl;
  14. }

系统类加载器初始化:

  1. private static synchronized void initSystemClassLoader() {
  2. if (!sclSet) {
  3. if (scl != null)
  4. throw new IllegalStateException("recursive invocation");
  5. sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher();
  6. if (l != null) {
  7. Throwable oops = null;
  8. scl = l.getClassLoader();
  9. try {
  10. scl = AccessController.doPrivileged(
  11. new SystemClassLoaderAction(scl));
  12. } catch (PrivilegedActionException pae) {
  13. oops = pae.getCause();
  14. if (oops instanceof InvocationTargetException) {
  15. oops = oops.getCause();
  16. }
  17. }
  18. if (oops != null) {
  19. if (oops instanceof Error) {
  20. throw (Error) oops;
  21. } else {
  22. throw new Error(oops);
  23. }
  24. }
  25. }
  26. sclSet = true;
  27. }
  28. }

二、双亲委派模型

ClassLoader的双亲委派模型中,各个ClassLoader之间的关系是通过组合关系来复用父加载器。当一个ClassLoader收到来类加载的请求,首先把该请求委派该父类ClassLoader处理,当父类ClassLoader无法处理时,才由当前类ClassLoader来处理。对于每个ClassLoader这个方式,也就是父类的优先于子类处理类加载的请求,那么也就是说任何一个请求第一次处理的便是最顶层的Bootstrap ClassLoader(启动类加载器)。
类加载器的层级查找顺序依次为:启动类加载器,扩展类加载器,系统类加载器。系统类加载器是默认的应用程序类加载器。
image.png
这样的好处是不同层次的类加载器具有不同优先级,比如所有Java对象的超级父类java.lang.Object,位于rt.jar,无论哪个类加载器加载该类,最终都是由启动类加载器进行加载,保证安全。即使用户自己编写一个java.lang.Object类并放入程序中,虽能正常编译,但不会被加载运行,保证不会出现混乱。那么有人会继续追问,如果自己再自定义一个类加载器来加载自己定义的java.lang.Object类呢? 这样做也是不会成功的,虚拟机将会抛出一异常。

  1. protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
  2. throws ClassNotFoundException
  3. {
  4. synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
  5. //检查该类是否已经加载过
  6. Class c = findLoadedClass(name);
  7. if (c == null) {
  8. //如果该类没有加载,则进入该分支
  9. long t0 = System.nanoTime();
  10. try {
  11. if (parent != null) {
  12. //当父类的加载器不为空,则通过父类的loadClass来加载该类
  13. c = parent.loadClass(name, false);
  14. } else {
  15. //当父类的加载器为空,则调用启动类加载器来加载该类
  16. c = findBootstrapClassOrNull(name);
  17. }
  18. } catch (ClassNotFoundException e) {
  19. //非空父类的类加载器无法找到相应的类,则抛出异常
  20. }
  21. if (c == null) {
  22. //当父类加载器无法加载时,则调用findClass方法来加载该类
  23. long t1 = System.nanoTime();
  24. c = findClass(name); //用户可通过覆写该方法,来自定义类加载器
  25. //用于统计类加载器相关的信息
  26. sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
  27. sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
  28. sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
  29. }
  30. }
  31. if (resolve) {
  32. //对类进行link操作
  33. resolveClass(c);
  34. }
  35. return c;
  36. }
  37. }

当开发者需要自定义类加载器时,可通过覆写loadClass()方法或者findClass()。

三、自定义类加载器

每一个ClassLoader都拥有自己独立的类名称空间,类是由ClassLoader将其加载到Java虚拟机中,故类是由加载它的ClassLoader和该类本身一起确定其在Java 运行时环境的唯一性。故只有同一个ClassLoader加载的同一个类,才能算是Java 运行时环境中的相同的两个类。哪怕是来自同一个Class文件,即使被同一个虚拟机加载的两个类,只要ClassLoader不同,那么也属于不同的类。对于equals()、isinstanceof()等方法来判断对象的相等或所属关系都是需要基于同一个ClassLoader。
自定义类加载器示例:

  1. package com.yuanhh.classloader;
  2. import java.io.IOException;
  3. import java.io.InputStream;
  4. public class ClassLoadDemo{
  5. public static void main(String[] args) throws Exception {
  6. ClassLoader clazzLoader = new ClassLoader() {
  7. @Override
  8. public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
  9. try {
  10. String clazzName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
  11. InputStream is = getClass().getResourceAsStream(clazzName);
  12. if (is == null) {
  13. return super.loadClass(name);
  14. }
  15. byte[] b = new byte[is.available()];
  16. is.read(b);
  17. return defineClass(name, b, 0, b.length);
  18. } catch (IOException e) {
  19. throw new ClassNotFoundException(name);
  20. }
  21. }
  22. };
  23. String currentClass = "com.yuanhh.classloader.ClassLoadDemo";
  24. Class<?> clazz = clazzLoader.loadClass(currentClass);
  25. Object obj = clazz.newInstance();
  26. System.out.println(obj.getClass());
  27. System.out.println(obj instanceof com.yuanhh.classloader.ClassLoadDemo);
  28. }
  29. }

上面代码的输出结果:

  1. class com.yuanhh.classloader.ClassLoadDemo
  2. false

输出结果的第一行,可以看出这个对象的确是com.yuanhh.classloader.ClassLoadDemo实例化的对象;但第二句是false,这是由于代码中的obj是由用户自定义的类加载器clazzLoader来加载的,可通过obj.getClass().getClassLoader()获取该对象的类加载器为com.yuanhh.classloader.ClassLoadDemo$xxx,而虚拟机本身会由系统类加载器加载的类ClassLoadDemo,可通过ClassLoadDemo.class.getClassLoader()得其类加载器为sun.misc.Launcher$AppClassLoader@XXX。所以可得出结论:即使都是来自同一个Class文件,加载器不同,仍然是两个不同的类,所以返回值是false。
通过Class.forName()方法加载的类,采用的是系统类加载器。

四、 经典应用场景

  • Tomcat,类加载器架构,自己定义了多个类加载器,
    • 保证了同一个服务器的两个Web应用程序的Java类库隔离;
    • 保证了同一个服务器的两个Web应用程序的Java类库又可以相互共享;比如多个Spring组织的应用程序不能共享,会造成资源浪费;
    • 保证了服务器尽可能保证自身的安全不受不受部署Web应用程序影响;
    • 支持JSP应用的服务器,大多需要支持热替换(HotSwap)功能。
  • OSGi(Open Service GateWay Initiative),是基于Java语言的动态模块化规范。已成为Java世界的“事实上”的模块化标准,最为熟悉的案例的Eclipse IDE。