虚拟机的类加载器理解和实践

1:类加载器做什么?

加载class的二进制文件流到内存,创建对应的class对象的过程

2:类加载器怎么加载?

A:理论过程
image.png
B:代码过程

顶层的类加载器是ClassLoader类,它是一个抽象类,其后所有的类加载器都继承自ClassLoader(不包括启动类加载器)

看ClassLoader 的类加载过程loadClass()方法代码来理解:

protected Class<?> loadClass(String var1, boolean var2) throws ClassNotFoundException {
        synchronized(this.getClassLoadingLock(var1)) {
            // 先从缓存查找该class对象,找到就不用重新加载
            Class var4 = this.findLoadedClass(var1);
            if(var4 == null) {
                long var5 = System.nanoTime();

                try {
                    if(this.parent != null) {
                        //如果找不到,则委托给父类加载器去加载,同样调用loadclass方法
                        var4 = this.parent.loadClass(var1, false);
                    } else {
                        //如果没有父类,则委托给启动加载器去加载
                        var4 = this.findBootstrapClassOrNull(var1);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException var10) {
                    ;
                }

                if(var4 == null) {
                    long var7 = System.nanoTime();
                    // 如果都没有找到,则通过自定义实现的findClass去查找并加载,
                    // findclass 方法可以在自定义的类加载中重写实现读取二进制流,生成对象
                    var4 = this.findClass(var1);
                    PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(var7 - var5);
                    PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(var7);
                    PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }

            if(var2) {
                this.resolveClass(var4);
            }

            return var4;
        }
    }

当需要加载class文件时,当前的类加载器先查看自己的缓存有没有加载过此类,如果有成功返回,如果木有,而是向上委派给父加载器,然后父加载器先查看自己有没有缓存,如果有成功返回,如果木有,如果父加载器还有上级,再向上委派,一直这样到顶级的类加载器来加载class文件,如果不能加载就再向下委派加载,如果加载成功返回,如果木有,就一直向下委派, 这样的过程叫“双亲委派模式”

“双亲委派模式的优点”

利用加载器的缓存,查看是否已经有父加载器完成加载,避免重复加载

列如:假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类,通过双亲委托模式传递到启动类加载器,而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类,发现该类已被加载,并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer,而直接返回已加载过的Integer.class,这样便可以防止核心API库被随意篡改。

3:java提供的类加载器

启动(Bootstrap)类加载器:是用本地代码实现的类装入器,它负责将 <Java_Runtime_Home>/lib下面的类库加载到内存中(比如rt.jar)。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节,开发者无法直接获取到启动类加载器的引用,所以不允许直接通过引用进行操作。

标准扩展(Extension)类加载器:是由 Sun 的ExtClassLoader(sun.misc.Launcher$ExtClassLoader)实现的。它负责将< Java_Runtime_Home >/lib/ext或者由系统变量 java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。

static class ExtClassLoader extends URLClassLoader{
......
}

系统(System)类加载器:是由 Sun 的 AppClassLoader(sun.misc.Launcher$AppClassLoader)实现的。它负责将系统类路径(CLASSPATH)中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加载器

static class AppClassLoader extends URLClassLoader{
......
}

继承关系:


image.png

代码获取对应加载器:

System.out.println("系统默认的AppClassLoader: "+ClassLoader.getSystemClassLoader());
System.out.println("AppClassLoader的父类加载器: "+ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());
System.out.println("ExtClassLoader的父类加载器: "+ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getParent());

结果:

系统默认的AppClassLoader: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
AppClassLoader的父类加载器: sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@60e53b93
ExtClassLoader的父类加载器: null

Process finished with exit code 0

所以:

启动类加载器,由C++实现,没有父类。
拓展类加载器(ExtClassLoader),由Java语言实现,父类加载器为null
系统类加载器(AppClassLoader),由Java语言实现,父类加载器为ExtClassLoader
自定义类加载器,父类加载器肯定为AppClassLoader。

上面的三个加载器的其中ExtClassLoader和AppClassLoader是我们可以操作的,看看代码,他们是Launcher.class中的静态类:


image.png

AppClassLoader初始化时,传入了父类加载器ExtClassLoader,所以有了上面的结果;
AppClassLoader被设置为线程上下文类加载器,所以自定义的类加载器的父类加载器就是AppClassLoader

4: 怎么使用类加载器呢?

顶层的类加载器是ClassLoader类,自定义的需要继承ClassLoader。
例子:

package com.decoration.classloader;

public class Test {

    static {
        System.out.println("类加载测试中....");
    }

    private String size = "10";

    public String getSize(){
        return size;
    }

    public static void main(String[] args){

        // 获取类加载器
        ClassLoader classLoader = Test.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        try {
            // 加载Test类,loadclass传入全限定名,获取到test的class对象
            Class testClass = classLoader.loadClass("com.decoration.classloader.Test");

            System.out.println(testClass.getClassLoader());
            // 转化为对应类的实例
            Test testInstance = (Test) testClass.newInstance();
            // 调用方法
            System.out.println("size = "+testInstance.getSize());
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

结果:

类加载测试中....
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
size = 10

Process finished with exit code 0

参考:
深入理解Java类加载器(ClassLoader)
关于Java类加载双亲委派机制的思考(附一道面试题)
类ClassLoader的API在线文档
java jvm学习笔记五(实践自己写的类装载器)

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