JVM学习(1)之类加载器和双亲委派机制(转载)

ゝ一世哀愁。 2022-05-19 07:51 160阅读 0赞

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# **类加载器** #

## **加载类的开放性** ##

**类加载器（ClassLoader）是Java语言的一项创新，也是Java流行的一个重要原因。在类加载的第一阶段“加载”过程中，需要通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流，完成这个动作的代码块就是类加载器。这一动作是放在Java虚拟机外部去实现的，以便让应用程序自己决定如何获取所需的类。**

**虚拟机规范并没有指明二进制字节流要从一个Class文件获取，或者说根本没有指明从哪里获取、怎样获取。这种开放使得Java在很多领域得到充分运用，例如：**

*  **从ZIP包中读取，这很常见，成为JAR，EAR，WAR格式的基础**
 *  **从网络中获取，最典型的应用就是Applet**
 *  **运行时计算生成，最典型的是动态代理技术，在java.lang.reflect.Proxy中，就是用了ProxyGenerator.generateProxyClass来为特定接口生成形式为“\*$Proxy”的代理类的二进制字节流**
 *  **有其他文件生成，最典型的JSP应用，由JSP文件生成对应的Class类 **  
    ……

## **类加载器与类的唯一性** ##

**类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但是对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身共同确立其在Java虚拟机中的唯一性。通俗的说，JVM中两个类是否“相等”，首先就必须是同一个类加载器加载的，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，只要类加载器不同，那么这两个类必定是不相等的。**

**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定等情况。**

**以下代码说明了不同的类加载器对instanceof关键字运算的结果的影响。**

package com.jvm.classloading;
    
    import java.io.IOException;
    import java.io.InputStream;
    
    /**
     * 类加载器在类相等判断中的影响
     * 
     * instanceof关键字
     * 
     */
    
    public class ClassLoaderTest {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            // 自定义类加载器
            ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
                @Override
                public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                    try {
                        String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
                        InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
                        if (is == null) {
                            return super.loadClass(fileName);
                        }
                        byte[] b = new byte[is.available()];
                        is.read(b);
                        return defineClass(name, b, 0, b.length);   
                    } catch (IOException e) {
                        throw new ClassNotFoundException();
                    }
                }
            };
    
            // 使用ClassLoaderTest的类加载器加载本类
            Object obj1 = ClassLoaderTest.class.getClassLoader().loadClass("com.jvm.classloading.ClassLoaderTest").newInstance();
            System.out.println(obj1.getClass());
            System.out.println(obj1 instanceof com.jvm.classloading.ClassLoaderTest);
    
            // 使用自定义类加载器加载本类
            Object obj2 = myLoader.loadClass("com.jvm.classloading.ClassLoaderTest").newInstance();
            System.out.println(obj2.getClass());
            System.out.println(obj2 instanceof com.jvm.classloading.ClassLoaderTest);
        }
    }

**输出结果：**

class com.jvm.classloading.ClassLoaderTest
    true
    class com.jvm.classloading.ClassLoaderTest
    false

**myLoader是自定义的类加载器，可以用来加载与自己在同一路径下的Class文件。main函数的第一部分使用系统加载主类ClassLoaderTest的类加载器加载ClassLoaderTest，输出显示，obj1的所属类型检查正确，这是虚拟机中有2个ClassLoaderTest类，一个是主类，另一个是main()方法中加载的类，由于这两个类使用同一个类加载器加载并且来源于同一个Class文件，因此这两个类是完全相同的。**

**第二部分使用自定义的类加载器加载ClassLoaderTest，`class com.jvm.classloading.ClassLoderTest`显示，obj2确实是类`com.jvm.classloading.ClassLoaderTest`实例化出来的对象，但是第二句输出false。此时虚拟机中有3个ClassLoaderTest类，由于第3个类的类加载器与前面2个类加载器不同，虽然来源于同一个Class文件，但它是一个独立的类，所属类型检查是返回结果自然是false。**

# **双亲委派模型** #

## **类加载器种类** ##

**从Java虚拟机的角度来说，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现（HotSpot虚拟机中），是虚拟机自身的一部分；另一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都有Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自java.lang.ClassLoader。**

**从开发者的角度，类加载器可以细分为：**

*  **启动（Bootstrap）类加载器：负责将 Java\_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$ExtClassLoader）实现的。它负责将Java\_Home /lib/ext或者由系统变量 java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。**
 *  **应用程序（Application）类加载器：是由 Sun 的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$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。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，因此一般称为系统（System）加载器。**

**除此之外，还有自定义的类加载器，它们之间的层次关系被称为类加载器的双亲委派模型。该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该有自己的父类加载器，而这种父子关系一般通过组合（Composition）关系来实现，而不是通过继承（Inheritance）。**

![类加载器的双亲委派模型][20160506184936657]

## **双亲委派模型** ##

**双亲委派模型过程**

**某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。**

**使用双亲委派模型的好处在于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，它存在在rt.jar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Bootstrap ClassLoader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，如果没有双亲委派模型而是由各个类加载器自行加载的话，如果用户编写了一个java.lang.Object的同名类并放在ClassPath中，那系统中将会出现多个不同的Object类，程序将混乱。因此，如果开发者尝试编写一个与rt.jar类库中重名的Java类，可以正常编译，但是永远无法被加载运行。**

**双亲委派模型的系统实现**

**在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中，先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父类加载器的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。如果父加载失败，则抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。**

protected synchronized Class<?> loadClass(String name,boolean resolve)throws ClassNotFoundException{
        //check the class has been loaded or not
        Class c = findLoadedClass(name);
        if(c == null){
            try{
                if(parent != null){
                    c = parent.loadClass(name,false);
                }else{
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            }catch(ClassNotFoundException e){
                //if throws the exception ,the father can not complete the load
            }
            if(c == null){
                c = findClass(name);
            }
        }
        if(resolve){
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }

**注意，双亲委派模型是Java设计者推荐给开发者的类加载器的实现方式，并不是强制规定的。大多数的类加载器都遵循这个模型，但是JDK中也有较大规模破坏双亲模型的情况，例如线程上下文类加载器（Thread Context ClassLoader）的出现。**

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