1. 設為首頁   文化中國網歡迎您~!

          Java的類加載器與雙親委托機制!

          目錄:

          • 類加載器
          • java.lang.ClassLoader類 URLClassLoader與SecureClassLoader ClassLoader常見方法源碼分析
          • 雙親委托機制 圖解 源碼角度分析
          • 常見的問題分析

          前言:我們剛剛接觸Java時,在IDE(集成開發環境) 或者文本編輯器中所寫的都是.java文件,在編譯后會生成.class文件,又稱字節碼文件。

          javac HelloWorld.java ---> HelloWorld.class 復制代碼

          對于.class文件來說,需要被加載到虛擬機中才能使用,這個加載的過程就成為類加載。如果想要知道類加載的方式,就需要知道類加載器雙親委托機制的概念。也就是我們本篇所要介紹的內容。

          1. 類加載器

          Java中的類加載器可以分為兩種:

          • 系統類加載器
          • 自定義類加載器

          而系統類加載器又有3個:

          • Bootstrap ClassLoader:啟動類加載器
          • Extensions ClassLoader:擴展類加載器
          • App ClassLoader:也稱為SystemAppClass,系統類加載器

          1.1 Bootstrap ClassLoader

          Bootstrap ClassLoader用來加載JVM(Java虛擬機)運行時所需要的系統類,其使用c++實現。

          從以下路徑來加載類:

          1. %JAVA_HOME%/jre/lib目錄,如rt.jar、resources.jar、charsets.jar等
          2. 可以在JVM啟動時,指定-Xbootclasspath參數,來改變Bootstrap ClassLoader的加載目錄。

          Java虛擬機的啟動就是通過 Bootstrap ClassLoader創建一個初始類來完成的。 可以通過如下代碼來得出Bootstrap ClassLoader所加載的目錄:

          public class ClassLoaderTest {    public static void main(String[]args) {        System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));    }}復制代碼

          打印結果為:

          C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\rt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\classes復制代碼

          可以發現幾乎都是$JAVA_HOME/jre/lib目錄中的jar包,包括rt.jar、resources.jar和charsets.jar等等。

          1.2 Extensions ClassLoader

          Extensions ClassLoader(擴展類加載器)具體是由ExtClassLoader類實現的,ExtClassLoader類位于sun.misc.Launcher類中,是其的一個靜態內部類。對于Launcher類,可以先看成是Java虛擬機的一個入口。

          ExtClassLoader的部分代碼如下:

          Java的類加載器與雙親委托機制


          Extensions ClassLoader負責將JAVA_HOME/jre/lib/ext或者由系統變量-Djava.ext.dir指定位置中的類庫加載到內存中。

          通過以下代碼可以得到Extensions ClassLoader加載目錄:

          System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));復制代碼

          打印結果為:

          C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext復制代碼

          1.3 App ClassLoader

          也稱為SystemAppClass(系統類加載器),具體是由AppClassLoader類實現的,AppClassLoader類也位于sun.misc.Launcher類中。

          部分代碼如下:

          Java的類加載器與雙親委托機制


          1. 主要加載Classpath目錄下的的所有jar和Class文件,是程序中的默認類加載器。這里的Classpath是指我們Java工程的bin目錄。
          2. 也可以加載通過-Djava.class.path選項所指定的目錄下的jar和Class文件。

          通過以下代碼可以得到App ClassLoader加載目錄:

          System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));復制代碼

          打印結果為:

          C:\workspace\Demo\bin復制代碼

          這個路徑其實就是當前Java工程目錄bin,里面存放的是編譯生成的class文件。


          在Java中,除了上述的3種系統提供的類加載器,還可以自定義一個類加載器。

          1.4. 自定義類加載器

          為了可以從指定的目錄下加載jar包或者class文件,我們可以用繼承java.lang.ClassLoader類的方式來實現一個自己的類加載器。

          在自定義類加載器時,我們一般復寫findClass方法,并在findClass方法中調用defineClass方法。

          接下來會先介紹下ClassLoader類相關的具體內容,之后看一個自定義類加載器demo。

          2 java.lang.ClassLoader類

          2.1 ClassLoader、URLClassLoader與SecureClassLoader的關系

          從上面關于ExtClassLoader、AppClassLoader源碼圖中我們可以看到,他們都繼承自URLClassLoader,那這個URLClassLoader是什么,其背后又有什么呢?

          先來一張很重要的繼承關系圖:

          Java的類加載器與雙親委托機制


          • ClassLoader是一個抽象類,位于java.lang包下,其中定義了ClassLoader的主要功能。
          • SecureClassLoader繼承了抽象類ClassLoader,但SecureClassLoader并不是ClassLoader的實現類,而是拓展了ClassLoader類加入了權限方面的功能,加強了ClassLoader的安全性。
          • URLClassLoader繼承自SecureClassLoader,用來通過URl路徑從jar文件和文件夾中加載類和資源。
          • ExtClassLoader和AppClassLoader都繼承自URLClassLoader,它們都是Launcher 的內部類,Launcher 是Java虛擬機的入口應用,ExtClassLoader和AppClassLoader都是在Launcher中進行初始化的。

          2.2 普通的類、AppClassLoader與ExtClassLoader之間的關系

          關系:

          • 加載普通的類(這里指得是我們所編寫的代碼類,下文demo中的Test類)加載器是AppClassLoader,AppClassLoader的父加載器為ExtClassLoader
          • 而ExtClassLoader的父加載器是Bottstrap ClassLoader

          還有2個結論:

          • 每個類都有類加載器
          • 每個類加載器都有父加載器

          我們準備一個簡單的demo 自建的一個Test.java文件。

          public class Test{}復制代碼
          public class Main {    public static void main(String[] args) {ClassLoader cl = Test.class.getClassLoader();System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString());}}復制代碼

          這樣就可以獲取到Test.class文件的類加載器,然后打印出來。結果是:

          sun.misc.Launcher$AppClassLoader@75b83e92復制代碼

          也就是說明Test.class文件是由AppClassLoader加載的。

          那AppClassLoader是誰加載的呢? 其實AppClassLoader也有一個父加載器,我們可以通過以下代碼獲取

          public class Test {    public static void main(String[] args) {        ClassLoader loader = Test.class.getClassLoader();        while (loader != null) {            System.out.println(loader);            loader = loader.getParent();        }    }}復制代碼

          上述代碼結果如下:

          sun.misc.Launcher$AppClassLoader@7565783bsun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b586d23復制代碼
          • 加載Test的類加載器是AppClassLoader,AppClassLoader的父加載器為ExtClassLoader
          • 而ExtClassLoader的父加載器是Bottstrap ClassLoader

          至于為何沒有打印出ExtClassLoader的父加載器Bootstrap ClassLoader,這是因為Bootstrap ClassLoader是由C++編寫的,并不是一個Java類,因此我們無法在Java代碼中獲取它的引用。

          2.3 java.lang.ClassLoader類常見的方法

          上一節我們看到了ClassLoader的getParent方法,getParent獲取到的其實就是其父加載器。這一節將通過源碼,來介紹ClassLoader中的一些重要方法。

          getParent()
          ClassLoader類---------public final ClassLoader getParent() {    if (parent == null) return null;    SecurityManager sm = System.getSecurityManager();    if (sm != null) {        checkClassLoaderPermission(parent, Reflection.getCallerClass());    }    return parent;}復制代碼

          我們可以看到,其返回值有兩種可能,為空或者是parent變量。

          從源碼中還可以發現其是一個final修飾的方法,我們知道被final修飾的說明這個方法提供的功能已經滿足當前要求,是不可以重寫的, 所以其各個子類所調用的getParent()方法最終都會由ClassLoader來處理。

          parent變量又是什么呢?我們在查看源碼時可以發現parent的賦值是在構造方法中。

          ClassLoader類---------private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) {    this.parent = parent;    ... //省略了無關代碼}復制代碼

          而此構造方法又是私有的,不能被外部調用,所以其調用者還是在內部。于是接著查找到了另外兩個構造方法。

          ClassLoader類---------protected ClassLoader() {    this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());}    protected ClassLoader(ClassLoader parent) {    this(checkCreateClassLoader(), parent);}復制代碼

          所以:

          1. 可以在調用ClassLoder的構造方法時,指定一個parent。
          2. 若沒有指定的話,會使用getSystemClassLoader()方法的返回值。

          接著看上面代碼中的getSystemClassLoader的源碼:

          ClassLoader類---------public static ClassLoader getSystemClassLoader() {    initSystemClassLoader();    if (scl == null) {        return null;    }    SecurityManager sm = System.getSecurityManager();    if (sm != null) {        checkClassLoaderPermission(scl, Reflection.getCallerClass());    }    return scl;}復制代碼

          其返回的是一個scl。在initSystemClassLoader()方法中發現了對scl變量的賦值。

          ClassLoader類---------private static synchronized void initSystemClassLoader() {    if (!sclSet) {        if (scl != null)            throw new IllegalStateException("recursive invocation");        sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher(); //1        if (l != null) {            Throwable oops = null;            scl = l.getClassLoader();            ...//省略代碼        }        sclSet = true;    }}復制代碼

          重點來了,注釋1處其獲取到的是Launcher類的對象,然后調用了Launcher類的getClassLoader()方法。

          Launcher類---------public ClassLoader getClassLoader() {    return this.loader;}復制代碼

          那這個this.loader是什么呢?在Launcher類中發現,其賦值操作在Launcher的構造方法中,其值正是Launcher類中的AppClassLoader

          Launcher類---------public Launcher() {    Launcher.ExtClassLoader var1;    try {        var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();    } catch (IOException var10) {        throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);    }    try {        this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);    } catch (IOException var9) {        throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);    }    ...}復制代碼

          到這里謎團全部解開了:

          在創建ClassLoder時,

          1. 可以指定一個ClassLoder作為其parent,也就是其父加載器。
          2. 若沒有指定的話,會使用getSystemClassLoader()方法的返回值(也就是Launcher類中的AppClassLoader)作為其parent。
          3. 通過getParent()方法可以獲取到這個父加載器。
          defineClass()

          能將class二進制內容轉換成Class對象,如果不符合要求的會拋出異常,例如ClassFormatError、NoClassDefFoundError。

          在自定義ClassLoader時,我們通常會先將特定的文件讀取成byte[]對象,再使用此方法,將其轉為class對象。

          ClassLoader類---------/*** String name:表示預期的二進制文件名稱,不知道的話,可以填null。* byte[] b:此class文件的二進制數據* int off:class二進制數據開始的位置* int len:class二進制數據的總長度*/protected final Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)    throws ClassFormatError{    return defineClass(name, b, off, len, null);}protected final Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len, ProtectionDomain protectionDomain)    throws ClassFormatError{    protectionDomain = preDefineClass(name, protectionDomain);    String source = defineClassSourceLocation(protectionDomain);    Class c = defineClass1(name, b, off, len, protectionDomain, source);    postDefineClass(c, protectionDomain);    return c;}復制代碼
          findClass()

          findClass()方法一般被loadClass()方法調用去加載指定名稱類。

          ClassLoader類---------/*** String name:class文件的名稱*/protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {    throw new ClassNotFoundException(name);} 復制代碼

          通過源碼看到ClassLoader類中并沒有具體的邏輯,而是等待著其子類去實現,通過上面的分析我們知道兩個系統類加載器ExtClassLoader和AppClassLoader都繼承自URLClassLoader,那就來看一下URLClassLoader中的具體代碼。

          URLClassLoader類---------protected Class findClass(final String name) throws ClassNotFoundException{    final Class result;    try {        result = AccessController.doPrivileged(            new PrivilegedExceptionAction>() {                public Class run() throws ClassNotFoundException {                    String path = name.replace('.', '/').concat(".class");                    Resource res = ucp.getResource(path, false);                    if (res != null) {                        try {                            return defineClass(name, res);                        } catch (IOException e) {                            throw new ClassNotFoundException(name, e);                        }                        ...    return result;}private Class defineClass(String name, Resource res) throws IOException {    ...    URL url = res.getCodeSourceURL();    ...    java.nio.ByteBuffer bb = res.getByteBuffer();    if (bb != null) {        ...        return defineClass(name, bb, cs);    } else {        byte[] b = res.getBytes();        ...        return defineClass(name, b, 0, b.length, cs);    }}復制代碼

          可以看到其對傳入的name進行處理后,就調用了defineClass(name, res);在這個方法里主要是通過res資源和url,加載出相應格式的文件,最終還是通過ClassLoader的defineClass方法加載出具體的類。

          loadClass()

          上節說到findClass()一般是在loadClass()中調用,那loadClass()是什么呢? 其實loadClass()就是雙親委托機制的具體實現,所以在我們先介紹下雙親委托機制后,再來分析loadClass()。

          3 雙親委托機制介紹

          3.1 圖解雙親委托機制

          先簡單介紹下雙親委托機制: 類加載器查找Class(也就是在loadClass時)所采用的是雙親委托模式,所謂雙親委托模式就是

          1. 首先判斷該Class是否已經加載
          2. 如果沒有則不是自身去查找而是委托給父加載器進行查找,這樣依次的進行遞歸,直到委托到最頂層的Bootstrap ClassLoader
          3. 如果Bootstrap ClassLoader找到了該Class,就會直接返回
          4. 如果沒找到,則繼續依次向下查找,如果還沒找到則最后會交由自身去查找


          Java的類加載器與雙親委托機制

          (圖片來自http://liuwangshu.cn/application/classloader/1-java-classloader-.html)


          • 其中紅色的箭頭代表向上委托的方向,如果當前的類加載器沒有從緩存中找到這個class對象,就會請求父加載器進行操作。直到Bootstrap ClassLoader。
          • 而黑色的箭頭代表的是查找方向,若Bootstrap ClassLoader可以從%JAVA_HOME%/jre/lib目錄或者-Xbootclasspath指定目錄查找到,就直接返回該對象,否則就讓ExtClassLoader去查找。
          • ExtClassLoader就會從JAVA_HOME/jre/lib/ext或者-Djava.ext.dir指定位置中查找,找不到時就交給AppClassLoader,AppClassLoader就從當前工程的bin目錄下查找
          • 若還是找不到的話,就由我們自定義的CustomClassLoader查找,具體查找的結果,就要看我們怎么實現自定義ClassLoader的findClass方法了。

          3.2 源碼分析雙親委托機制

          接下來我們看看雙親委托機制在源碼中是如何體現的。 先看loadClass的源碼:

          ClassLoader類---------protected Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {        //首先,根據name檢查類是否已經加載,若已加載,會直接返回        Class c = findLoadedClass(name);        if (c == null) {            long t0 = System.nanoTime();            try {                if (parent != null) {                    //若當前類加載器有父加載器,則調用其父加載器的loadClass()                    c = parent.loadClass(name, false);                } else {                    //若當前類加載器的parent為空,則調用findBootstrapClassOrNull()                    c = findBootstrapClassOrNull(name);                }            } catch (ClassNotFoundException e) {            }                    if (c == null) {                // 1.如果到這里c依然為空的話,表示一直到最頂層的父加載器也沒有找到已加載的c,那就會調用findClass進行查找                // 2.在findClass的過程中,如果指定目錄下沒有,就會拋出異常ClassNotFoundException                // 3.拋出異常后,此層調用結束,接著其子加載器繼續進行findClass操作                long t1 = System.nanoTime();                c = findClass(name);                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();            }        }        if (resolve) {            resolveClass(c);        }        return c;    }}復制代碼

          findBootstrapClassOrNull()方法:可以看到其對name進行校驗后,最終調用了一個native方法findBootstrapClass()。在findBootstrapClass()方法中最終會用Bootstrap Classloader來查找類。

          ClassLoader類---------private Class findBootstrapClassOrNull(String name){    if (!checkName(name)) return null;    return findBootstrapClass(name);}    private native Class findBootstrapClass(String name);復制代碼

          4 常見的問題

          4.1 為什么使用雙親委托機制?

          1. 避免重復加載,如果已經加載過一次Class,就不需要再次加載,而是先從緩存中直接讀取。
          2. 安全方面的考慮,如果不使用雙親委托模式,就可以自定義一個String類來替代系統的String類,這樣便會造成安全隱患,采用雙親委托模式會使得系統的String類在Java虛擬機啟動時就被加載,也就無法自定義String類來替代系統的String類。

          4.2 由不同的類加載器加載的類會被JVM當成同一個類嗎?

          不會。 在Java中,我們用包名+類名作為一個類的標識。 但在JVM中,一個類用其包名+類名和一個ClassLoader的實例作為唯一標識,不同類加載器加載的類將被置于不同的命名空間.

          通過一個demo來看,

          1. 用兩個自定義類加載器去加載一個自定義的類
          2. 然后獲取到的Class進行java.lang.Object.equals(…)判斷。
          public class Main {    public static void main(String[] args) {            ClassLoaderTest myClassLoader = new ClassLoaderTest("F:\\");        ClassLoaderTest myClassLoader2 = new ClassLoaderTest("F:\\");        try {            Class c = myClassLoader.loadClass("com.example.Hello");            Class c2 = myClassLoader.loadClass("com.example.Hello");            Class c3 = myClassLoader2.loadClass("com.example.Hello");            System.out.println(c.equals(c2)); //true            System.out.println(c.equals(c3)); //flase    }}復制代碼

          輸出結果:

          truefalse復制代碼

          只有兩個類名一致并且被同一個類加載器加載的類,Java虛擬機才會認為它們是同一個類。

          上面demo中用到的自定義ClassLoader:

          自定義的類加載器注意點:1.覆寫findClass方法2.讓其可以根據name從我們指定的path中加載文件,也就是將文件正確轉為byte[]格式3.使用defineClass方法將byte[]數據轉為Class對象-------------public class ClassLoaderTest extends ClassLoader{    private String path;    public ClassLoaderTest(String path) {        this.path = path;    }    @Override    protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {        Class clazz = null;        byte[] classData = classToBytes(name);        if (classData == null) {            throw new ClassNotFoundException();        } else {            clazz= defineClass(name, classData, 0, classData.length);        }        return clazz;    }    private byte[] classToBytes(String name) {        String fileName = getFileName(name);        File file = new File(path,fileName);        InputStream in=null;        ByteArrayOutputStream out=null;        try {            in = new FileInputStream(file);            out = new ByteArrayOutputStream();            byte[] buffer = new byte[1024];            int length=0;            while ((length = in.read(buffer)) != -1) {                out.write(buffer, 0, length);            }            return out.toByteArray();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }finally {            try {                if(in!=null) {                    in.close();                }            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }            try{                if(out!=null) {                    out.close();                }            }catch (IOException e){                e.printStackTrace();            }        }        return null;    }    private String getFileName(String name) {        int index = name.lastIndexOf('.');        if(index == -1){            return name+".class";        }else{            return name.substring(index+1)+".class";        }    }}復制代碼

          結語

          到此Java的類加載器以及雙親委托機制都講了個大概,如果文中有錯誤的地方、或者有其他關于類加載器比較重要的內容又沒有介紹到的,歡迎在評論區里留言,一起交流學習。


          作者:某人Valar
          鏈接:https://juejin.im/post/5e094d8df265da339772b7f6
          來源:掘金
          著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權,非商業轉載請注明出處。

          推薦閱讀:株洲在線
          好运来 www.dvsgfx.com:安徽省| www.taoyuangarden.com:平和县| www.cec-ci.org:简阳市| www.kufindia.com:房山区| www.cp3396.com:沙田区| www.materialhandler.net:民和| www.41en.com:江都市| www.verkaufwinterjacken.com:琼海市| www.charitybackpackers.com:荆州市| www.ikemax.com:石家庄市| www.ok1069.com:伊通| www.itsagreed.com:山阴县| www.new-sg.com:新郑市| www.sjzhshq.com:大名县| www.universaltradekey.com:贵港市| www.tiehimup.com:岳池县| www.ph655.com:丽江市| www.ty3399.com:呈贡县| www.kerala-honeymoon-packages.com:辉南县| www.solarisband.com:株洲市| www.faribaba.com:凤阳县| www.yt9168.com:洪洞县| www.chinatourphoto.com:长兴县| www.clubxshow.com:印江| www.neuropto.com:炉霍县| www.polish-translator.org:富民县| www.yiqitt.com:罗平县| www.bcsvolleyball.com:丰都县| www.sun-automation.com:镇赉县| www.cp7990.com:三都| www.6322park.com:惠东县| www.insect-museum.com:五寨县| www.smufet.com:义马市| www.sh61554342.com:城固县| www.eradio66.com:赣州市| www.bloggerjomblo.com:隆子县| www.maestroluggage.com:龙井市| www.chinacheapshop.com:荃湾区| www.maclilleyfarms.com:宜兴市| www.ewunthegun.com:乌审旗| www.cropbowtie.com:乌拉特后旗| www.healthinsurancenewyork.net:信宜市| www.yh14777.com:逊克县| www.yongqinlaw.com:沂南县| www.13425690000.com:安远县| www.zjyoushun.com:客服| www.altbremerton.com:天峨县| www.galbia.com:太原市| www.bigbanganimation.com:鸡东县| www.pmdsales.com:海南省| www.bobbysidenberg.com:大石桥市| www.dreclements.com:墨竹工卡县| www.radiocachora.com:黄山市| www.alphaaidtraining.com:延吉市| www.six-369.com:富民县| www.cialisn.com:苗栗市| www.anhuitiehua.com:通江县| www.homeworkoutsforseniors.com:宿松县| www.chengziw.com:嘉鱼县| www.051b.com:炉霍县| www.wwwhg6722.com:阜新| www.nt755.com:孝义市| www.iphonecheckbook.com:榆社县| www.moto-journal.com:保德县| www.wow-bakes.com:如皋市| www.cfdgl.com:沁水县| www.pmtprofits.com:无锡市| www.shipwatch.org:灵台县| www.mynwabulgaria.com:北碚区| www.fieldsue.com:南汇区| www.nrcb9.com:海兴县| www.cufeedulx.com:温宿县| www.ordynacka.com:克山县| www.madlypopn.com:清镇市| www.alexandralipkova.com:广昌县| www.springmaidgarden.com:昌都县| www.yr597.com:江华| www.baby-photos.net:吉安县| www.kozataksi.com:五华县| www.qxtongbeng.com:晋中市| www.aozora-book.com:龙泉市| www.cp5527.com:阿拉善右旗| www.pasion4x4rosario.com:青岛市| www.meixinyuan-ic.com:延庆县|