JVM类加载机制以及类缓存问题的处理
当一个java项目启动的时候,JVM会找到main方法,根据对象之间的调用来对class文件和所引用的jar包中的class文件进行加载(其步骤分为加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载),方法区中开辟内存来存储类的运行时数据结构(包括静态变量、静态方法、常量池、类结构等),同时在堆中生成相应的Class对象指向方法区中对应的类运行时数据结构。具体的类加载过程可以参考尚学堂高琪老师的视频教程:http://www.bjsxt.com/2014/down_0425/34.html第218集。
用最简单的一句话来概括,类加载的过程就是JVM根据所需的class文件的路径,通过IO流的方式来读取class字节码文件,并通过一系列解析初始化等步骤来注入到内存。 java中的类加载器有:BootstrapClassLoader(最上层)、ExtClassLoader、AppClassLoader、以及用户自定义的ClassLoader(最下层)。JVM对于不同种类的jar包(或class文件),会有不同种类的类加载器进行加载。对应关系如下:
BootstrapClassLoader 用于加载JVM运行所需要的类: JAVA_HOME/jre/lib/resources.jar: JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar: JAVA_HOME/jre/lib/sunrsasign.jar: JAVA_HOME/jre/lib/jsse.jar: JAVA_HOME/jre/lib/jce.jar: JAVA_HOME/jre/lib/charsets.jar: JAVA_HOME/jre/lib/jfr.jar: JAVA_HOME/jre/classes ExtClassLoader 用于加载扩展类: ../Java/Extensions: ../JAVA_HOME/jre/lib/ext: ../Library/Java/Extensions:/Network/Library/Java/Extensions: ../System/Library/Java/Extensions: ../lib/java AppClassLoader 用于加载我们项目中ClassPath下所创建的类和jar包中引用的类。
整个类加载,是通过一种叫做双亲委派的机制来进行加载。
举例来说,一个类被最下层的加载器(用户自定义ClassLoader)进行加载,此加载器首先会调用上一层的加载器(AppClassLoader)进行加载,而AppClassLoader会继续转交给上层(ExtClassLoader)的加载器进行加载,直到BootstrapClassLoader。 如果BootstrapClassLoader所加载的类路径找不到此类,那么才会交给下一层的加载器(ExtClassLoader)进行加载,如果找不到此类,继续交给下一层(AppClassLoader)进行加载。以此类推,如果用户自定义的ClassLoader也找不到此类,那么程序就会抛出一个ClassNotFoundError。整个加载过程图示如下:
(图片引用自:https://www.cnblogs.com/xing901022/p/4574961.html)
类加载源的源码跟踪如下(在此对源码进行了适当的简化),读者可以点入源码进行查看:
package java.lang.ClassLoader;
import .... protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First,在虚拟机内存中查找是否已经加载过此类...类缓存的主要问题所在!!!
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
//先让上一层加载器进行加载
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
} if (c == null) {
//调用此类加载器所实现的findClass方法进行加载
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
在源码中可以完全领略到双亲委派机制的过程,其中最重要的三句代码已经进行了标注:
findLoadedClass(在虚拟机内存中查找是否已经加载过此类...类缓存的主要问题所在!!!)
parent.loadClass(先让上一层加载器进行加载)
findClass(调用此类加载器所实现的findClass方法进行加载) 如果用户需要自定义加载器,加载自己指定路径的class文件,需要继承ClassLoader,并实现findClass(String name)方法。举例如下:
package com.jiefupay.utils; import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream; public class ServiceClassLoader extends ClassLoader{ private String classPath; public ServiceClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
} /**
* 重写父类的findClass 方法。 父类的loadClass会调用此方法
*/
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { Class<?> c = null; byte[] classData = getClassData(name); if (classData!=null) {
c = defineClass(name, classData, 0, classData.length);
}else {
throw new ClassNotFoundException();
} return c;
}
// 将class文件通过IO流读取,转化为字节数组
private byte[] getClassData(String name) { String path = classPath + "/"+ name.replace('.', '/') + ".class"; InputStream iStream = null;
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
try {
iStream = new FileInputStream(path); byte[] buffer = new byte[1024];
int temp = 0;
while ((temp = iStream.read(buffer))!=-1) {
byteArrayOutputStream.write(buffer, 0, temp);
}
if (byteArrayOutputStream!=null) {
return byteArrayOutputStream.toByteArray();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally {
try {
if (iStream!=null) {
iStream.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (byteArrayOutputStream!=null) {
byteArrayOutputStream.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return null;
}
}
对类加载器的使用代码如下:
ServiceClassLoader serviceClassLoader = new ServiceClassLoader("c:\myclass");
Czlass<?> c = ServiceClassLoader.loadClass("com.jiefupay.service.Myclass");
如果用同一个ServiceClassLoader对象去加载同一个Class文件多次,每次加载后的Class对象为同一个! 然而如果new不同的自定义ClassLoader去加载同一个Class文件,则每次会返回不同的Class对象。
注意:不能将所要加载的Class文件放到classpath目录及其任何子目录下,否则会被AppClassLoader优先加载(这是由于类加载采用双亲委派机制,同时AppClassLoader可以加载所有在classpath下的class文件),每次都是同一个AppClassLoader进行加载,因此会出现类缓存问题。
这样就解决了通常在JVM类加载时,直接使用反射出现的类缓存的问题。
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