柚子快報(bào)激活碼778899分享：開發(fā)語言 JVM類加載器

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類加載過程

類加載過程主要為 加載->連接->初始化。連接過程分為 驗(yàn)證->準(zhǔn)備->解析。

加載是類加載過程的第一步，主要完成下面3件事情

通過全類名獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流將字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（.class文件中靜態(tài)存儲(chǔ)的字節(jié)碼格式，包含了類的元數(shù)據(jù)和具體的字節(jié)碼指令）轉(zhuǎn)換為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中生成一個(gè)代表該類的Class對(duì)象，作為方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的訪問入口。

類加載器

類加載器介紹

類加載器是一個(gè)負(fù)責(zé)加載類的對(duì)象，ClassLoader是一個(gè)抽象類。給定類的二進(jìn)制名稱，類加載器嘗試定位或生成構(gòu)成類定義的數(shù)據(jù)。典型的策略是將名稱轉(zhuǎn)換為文件名，然后從文件系統(tǒng)中讀取該名稱的“類文件”。 每個(gè)Java類都有一個(gè)引用指向加載他的ClassLoader，不過，數(shù)組類不是通過ClassLoader創(chuàng)建的，而是JVM在需要的時(shí)候自動(dòng)創(chuàng)建的，數(shù)組類通過getClassLoader()方法獲取ClassLoader的時(shí)候和該數(shù)組的元素類型的ClassLoader是一致的。

總結(jié)：

類加載器是一個(gè)負(fù)責(zé)加載類的對(duì)象，用于實(shí)現(xiàn)類加載過程中的加載這一步。每個(gè)Java類都有一個(gè)引用指向加載他的ClassLoader。數(shù)組類不是通過ClassLoader創(chuàng)建的，是由JVM直接生成的。

class Class {

...

private final ClassLoader classLoader;

@CallerSensitive

public ClassLoader getClassLoader() {

//...

}

...

}

簡(jiǎn)單來說，類加載器的主要作用就是加載Java類的字節(jié)碼(.class文件)到JVM中（在內(nèi)存中生成一個(gè)代表該類的Class對(duì)象）。

類加載器加載規(guī)則

JVM啟動(dòng)的時(shí)候，并不會(huì)一次性加載所有的類,而是根據(jù)需要去動(dòng)態(tài)加載。也就是說，大部分類在具體用到的時(shí)候才會(huì)去加載，這樣對(duì)內(nèi)存更加友好。 對(duì)于已經(jīng)加載的類會(huì)被放在ClassLoader中。在類加載的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)首先判斷當(dāng)前類是否被加載過，已經(jīng)被加載的類會(huì)直接返回，否則才會(huì)嘗試加載。也就是說，對(duì)于一個(gè)類加載器來說，相同二進(jìn)制名稱的類只會(huì)被加載一次。

類加載器總結(jié)

JVM中內(nèi)置了三個(gè)重要的ClassLoader：

BootStrapClassLoader(啟動(dòng)類加載器)：最頂層的加載類，由C++實(shí)現(xiàn)，通常表示為null，并且沒有父級(jí)。主要用來加載JDK內(nèi)部的核心類庫(kù)（%JAVA_HOME%/lib目錄下的 rt.jar、resources.jar、charsets.jar等 jar 包和類）以及被 -Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑下的所有類。ExtensionClassLoader(擴(kuò)展類加載器)：主要負(fù)責(zé)加載 %JRE_HOME%/lib/ext 目錄下的 jar 包和類以及被 java.ext.dirs 系統(tǒng)變量所指定的路徑下的所有類。AppClassLoader（應(yīng)用程序類加載器）：面向我們用戶的加載器，負(fù)責(zé)加載當(dāng)前應(yīng)用classpath下的所有jar包和類。 除此之外，用戶還可以加入自定義的類加載器來進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足自己的特殊需求，如：我們可以對(duì)Java類的字節(jié)碼（.class文件）進(jìn)行加密，加載時(shí)利用自定義類加載器對(duì)其解密。

除了BootstrapClassLoader是JVM自身的一部分之外，其他所有類加載器都是在JVM外部實(shí)現(xiàn)的，并且全都繼承自ClassLoader抽象類。這樣做的好處是用戶可以自定義類加載器，以便讓應(yīng)用程序自己決定如何去獲取所需要的類。

自定義類加載器

ClassLoader類有兩個(gè)關(guān)鍵的方法：

protected Class loadClass(String name, boolean resolve)： 加載指定的二進(jìn)制名稱的類，實(shí)現(xiàn)了雙親委派機(jī)制。name為類的二進(jìn)制名稱，resolve如果為true，在加載時(shí)調(diào)用resolveClass(Class c) 方法解析該類。protected Class findClass(String name)：根據(jù)類的二進(jìn)制名稱來查找類，默認(rèn)實(shí)現(xiàn)是空方法。

如果我們不想打破雙親委派模型，就重寫ClassLoader類中的findClass()方法即可，無法被父類加載器加載的類最終會(huì)通過這個(gè)方法被加載。但是，如果想打破雙親委派模型則需要重寫loadClass()方法。

雙親委派模型

雙親委派模型是Java類加載機(jī)制的一種設(shè)計(jì)模式，用于解決類加載過程中類加載順序和安全問題，他定義了類加載器間的協(xié)作關(guān)系，確保Java核心庫(kù)的類優(yōu)先被加載，同時(shí)避免類的重復(fù)加載。

基本概念

類加載器：JVM中負(fù)責(zé)加載類文件的組件，每個(gè)類加載器都有父類加載器（除了BootStrapClassLoader）雙親委派

當(dāng)一個(gè)類加載器加載類時(shí)，首先將加載請(qǐng)求委派給父類加載器，父類加載器繼續(xù)向上委派，直到請(qǐng)求達(dá)到頂層的跟加載器。如果父類加載器無法完成加載請(qǐng)求，則子類加載器才會(huì)嘗試自己加載類。

工作流程

加載類請(qǐng)求：當(dāng)一個(gè)類加載器接收到類加載請(qǐng)求時(shí)（如ClassLoader.loadClass(String name)）,他不會(huì)立即嘗試加載該類，而是首先將請(qǐng)求委派給父類加載器。委派過程：父類加載器重復(fù)這個(gè)過程，繼續(xù)請(qǐng)求向上委派，直到到達(dá)頂層的根加載器。類加載：根加載器嘗試加載類，如果成功，返回類的應(yīng)用，失敗，則拋出ClassNotFoundException。如果根加載器無法加載類，控制權(quán)返回給子類加載器，子類加載器再嘗試自己加載類。 代碼解析

protected Class loadClass(String name, boolean resolve)

throws ClassNotFoundException

{

synchronized (getClassLoadingLock(name)) {

//首先，檢查該類是否已經(jīng)加載過

Class c = findLoadedClass(name);

if (c == null) {

//如果 c 為 null，則說明該類沒有被加載過

long t0 = System.nanoTime();

try {

if (parent != null) {

//當(dāng)父類的加載器不為空，則通過父類的loadClass來加載該類

c = parent.loadClass(name, false);

} else {

//當(dāng)父類的加載器為空，則調(diào)用啟動(dòng)類加載器來加載該類

c = findBootstrapClassOrNull(name);

}

} catch (ClassNotFoundException e) {

//非空父類的類加載器無法找到相應(yīng)的類，則拋出異常

}

if (c == null) {

//當(dāng)父類加載器無法加載時(shí)，則調(diào)用findClass方法來加載該類

//用戶可通過覆寫該方法，來自定義類加載器

long t1 = System.nanoTime();

c = findClass(name);

//用于統(tǒng)計(jì)類加載器相關(guān)的信息

sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);

sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);

sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();

}

}

if (resolve) {

//對(duì)類進(jìn)行l(wèi)ink操作

resolveClass(c);

}

return c;

}

}

每當(dāng)一個(gè)類加載器接收到加載請(qǐng)求時(shí)，會(huì)先將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給父類加載器，在父類加載器沒有找到所請(qǐng)求的類的情況下，該類加載器才會(huì)嘗試去加載。

結(jié)合上述分析，再梳理一次雙親委派流程

在類加載的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)首先判斷當(dāng)前類是否被加載過，已經(jīng)被加載的類會(huì)直接返回，否則才會(huì)嘗試加載（每個(gè)父類加載器都會(huì)走一遍這個(gè)流程）。類加載器在進(jìn)行類加載的時(shí)候，他首先不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類，而是把請(qǐng)求委派給父類加載器來完成（調(diào)用父類加載器loadClass()方法來加載類），這樣的話，所有請(qǐng)求最終都會(huì)傳送到頂層的啟動(dòng)類加載器。只有當(dāng)父類加載器返回自己無法完成這個(gè)加載請(qǐng)求，子加載器才會(huì)嘗試自己去加載（調(diào)用自己的finaClass()方法來加載類）。如果子類加載器也無法加載這個(gè)類，那么他會(huì)拋出一個(gè)ClassNotFoundException 異常。

雙親委派模型的好處

雙親委派保證了Java程序的穩(wěn)定運(yùn)行，可以避免類的重復(fù)加載（JVM區(qū)分不同類的方法不僅僅根據(jù)類名，相同的類文件被不同的類加載器加載產(chǎn)生的是兩個(gè)不同的類）。保證了Java的核心API不被篡改。 如果沒有使用雙親委派模型，假如我們編寫了一個(gè)成為java.lang.Object類的話，那么程序運(yùn)行的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不同的Object類。雙親委派模型可以保證加載的是 JRE 里的那個(gè) Object 類，而不是你寫的 Object 類。這是因?yàn)?AppClassLoader 在加載你的 Object 類時(shí)，會(huì)委托給 ExtClassLoader 去加載，而 ExtClassLoader 又會(huì)委托給 BootstrapClassLoader，BootstrapClassLoader 發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)加載過了 Object 類，會(huì)直接返回，不會(huì)去加載你寫的 Object 類。

打破雙親委派模型

盡管雙親委派模型在 Java 類加載機(jī)制中提供了安全性和一致性，但在某些特殊情況下，開發(fā)者可能需要打破這個(gè)模型。例如，當(dāng)需要在某個(gè)類加載器中加載特定版本的類而不依賴于父類加載器時(shí)，可以采取以下幾種方法：

1. 自定義類加載器

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {

@Override

public Class loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {

if (name.startsWith("com.example")) {

// 自定義加載指定包下的類

return findClass(name);

}

// 否則，使用默認(rèn)的雙親委派機(jī)制

return super.loadClass(name);

}

@Override

protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

try {

String fileName = name.replace('.', '/') + ".class";

InputStream is = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(fileName);

byte[] bytes = new byte[is.available()];

is.read(bytes);

return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);

} catch (Exception e) {

throw new ClassNotFoundException(name, e);

}

}

}

public class TestCustomClassLoader {

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {

CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader();

Class clazz = customClassLoader.loadClass("com.example.MyClass");

Object instance = clazz.newInstance();

System.out.println(instance.getClass().getClassLoader()); // 打印自定義類加載器

}

}

通過反射調(diào)用私有方法

通過反射調(diào)用 ClassLoader 的私有方法 findClass，直接加載類而不通過雙親委派模型。

public class ReflectionClassLoader {

public static void main(String[] args) throws Exception {

ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();

Class clazz = loadClassWithoutDelegation(systemClassLoader, "com.example.MyClass");

Object instance = clazz.newInstance();

System.out.println(instance.getClass().getClassLoader()); // 打印系統(tǒng)類加載器

}

private static Class loadClassWithoutDelegation(ClassLoader classLoader, String className) throws Exception {

// 反射獲取 findClass 方法

java.lang.reflect.Method method = ClassLoader.class.getDeclaredMethod("findClass", String.class);

method.setAccessible(true);

return (Class) method.invoke(classLoader, className);

}

}

修改類加載器的加載路徑

通過修改類加載器的加載路徑，使得自定義類路徑優(yōu)先于父類加載器加載路徑

import java.net.URL;

import java.net.URLClassLoader;

public class CustomPathClassLoader {

public static void main(String[] args) throws Exception {

// 自定義類路徑

URL[] urls = {new URL("file:/path/to/classes/")};

URLClassLoader customClassLoader = new URLClassLoader(urls, null); // 指定 null 作為父加載器，打破雙親委派

Class clazz = customClassLoader.loadClass("com.example.MyClass");

Object instance = clazz.newInstance();

System.out.println(instance.getClass().getClassLoader()); // 打印自定義 URLClassLoader

}

}

在這個(gè)示例中，URLClassLoader 被用來加載自定義路徑下的類，并通過將父加載器設(shè)置為 null 來打破雙親委派模型。

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