《深入理解Java虚拟机》读书笔记之——类加载器

“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现,以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。

1.1 类与类加载器

类加载器只用于实现类的加载动作,但是同时还有着确保类的唯一性的作用。也就是说:比较两个类是否“相等”,只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义,否则,即使这两个类来源于同一个Class文件,被同一个虚拟机加载,只要加载它们的类加载器不同,那这两个类就必定不想等(这里的“相等”包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果,也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判断等情况)。

1.2 双亲委派模型(JDK1.2)

类加载器的种类

Java虚拟机的角度来讲,只存在两种不同的类加载器:
启动类加载器,由C++语言实现,是虚拟机自身的一部分;
所有其他的类加载器,由Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全部都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

Java开发人员的角度来看,类加载器可以分为以下三种:
启动类加载器:将存放在<JAVA_HOME>\lib目录中的,或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的,并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被java程序直接引用。
扩展类加载器:加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库。开发者可以直接使用扩展类加载器。
应用程序类加载器(系统类加载器):加载用户类路径上所指定的类库。开发者可以直接使用。

类加载器双亲委派模型

上图展示了类加载器之间的层次关系,称为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现,而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。

双亲委派模型的工作过程

如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中,只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去加载。

双亲委派模型的代码(java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中)

先检查是否已经被加载过,若没有加载则调用父加载器的loadClass()方法,若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父类加载失败,抛出ClassNotFoundException异常后,再调用自己的findClass()方法进行加载。

使用双亲委派模型的好处

Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object,它存放在rt.jar之中,无论哪一个类加载器要加载这个类,最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载,因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反,如果没有使用双亲委派模型,由各个类加载器自行去加载的话,如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object的类,并放在程序的ClassPath中,那系统中将会出现多个不同的Object类,Java类型体系中最基础的行为也就无法保证。

1.3 破坏双亲委派模型

到目前为止,双亲委派模型主要出现过3次较大规模的“被破坏”情况。

第一次

第一次破坏是在jdk1.2之前,用户自定义的类加载器都是重写Classloader中的loadClass方法,这样就导致每个自定义的类加载器其实是在使用自己的loadClass方法中的加载机制来进行加载,这种模式当然是不符合双亲委派机制的,也是无法保证同一个类在jvm中的唯一性的,那么为了保证即使是由不同的类加载器(哪怕是用户自定义的类加载器加载)也是唯一的,java官方在Classloader中添加了findClass方法,用户只需要重写这个findClass方法,在loadClass方法的逻辑里,如果父类加载失败的时候,才会调用自己的findClass方法来完成类加载,这样就完成了符合双亲委派机制。

第二次

类似于JNDI,JDBC这种服务,因为这种服务需要回调用户的代码,但是对于父类加载器而言是不认识用户的代码的。

那么这时候java团队使用了一个不太优雅的设计:线程上下文类加载器。这个类加载器可以通过Thread类的setContextClassLoader方法进行设置,如果创建线程时还未设置,它就从父线程继承一个,如果在应用全局范围内都没有设置过的话,那这个类加载器默认就是应用程序类加载器。

利用这个线程上下文类加载器,JDNI去加载需要的spi代码,也就是父类请求子类的加载器去加载。

第三次

第三次的破坏是因为用户对于程序的动态性追求,诸如:代码热替换,模块热部署。
这时候就诞生了诸如Jigsaw和OSGI。对于现在的业界来讲,OSGI赢得了java模块化的主导权,成为目前业界模块化的标准。而OSGI模块化的关键是他自己的类加载机制:每个程序模块(bundle)都有自己的类加载器,需要更换程序(bundle)的时候,连同类加载器一起替换,以实现代码的热部署。

OSGI和双亲委派模式不同,他是一个基于网状的互相组合依赖的加载。

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