jvm双亲委派模型
其实,双亲委派模型并不复杂。自定义类加载器也不难!随便从网上搜一下就能搜出一大把结果,然后copy
一下就能用。但是,如果每次想自定义类加载器就必须搜一遍别人的文章,然后复制,这样显然不行。可是自定义类加载器又不经常用,时间久了容易忘记。相信你经常会记不太清loadClass
、findClass
、defineClass
这些函数我到底应该重写哪一个?它们主要是做什么的?本文大致分析了各个函数的流程,目的就是让你看完之后,难以忘记!或者说,延长你对自定义类加载器的记忆时间!随时随地想自定义就自定义!
1. 双亲委派模型
关于双亲委派模型,网上的资料有很多。我这里只简单的描述一下,就当是复习。
1.1 什么是双亲委派模型?
首先,先要知道什么是类加载器。简单说,类加载器就是根据指定全限定名称将class
文件加载到JVM
内存,转为Class
对象。如果站在JVM
的角度来看,只存在两种类加载器:
启动类加载器(
Bootstrap ClassLoader
):由C++
语言实现(针对HotSpot
),负责将存放在<JAVA_HOME>\lib
目录或-Xbootclasspath
参数指定的路径中的类库加载到内存中。其他类加载器:由
Java
语言实现,继承自抽象类ClassLoader
。如:
- 扩展类加载器(
Extension ClassLoader
):负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext
目录或java.ext.dirs
系统变量指定的路径中的所有类库。- 应用程序类加载器(
Application ClassLoader
)。负责加载用户类路径(classpath
)上的指定类库,我们可以直接使用这个类加载器。一般情况,如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。
双亲委派模型工作过程是:如果一个类加载器收到类加载的请求,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完成。每个类加载器都是如此,只有当父加载器在自己的搜索范围内找不到指定的类时(即ClassNotFoundException
),子加载器才会尝试自己去加载。
1.2 为什么需要双亲委派模型?
为什么需要双亲委派模型呢?假设没有双亲委派模型,试想一个场景:
黑客自定义一个
java.lang.String
类,该String
类具有系统的String
类一样的功能,只是在某个函数稍作修改。比如equals
函数,这个函数经常使用,如果在这这个函数中,黑客加入一些“病毒代码”。并且通过自定义类加载器加入到JVM
中。此时,如果没有双亲委派模型,那么JVM
就可能误以为黑客自定义的java.lang.String
类是系统的String
类,导致“病毒代码”被执行。
而有了双亲委派模型,黑客自定义的java.lang.String
类永远都不会被加载进内存。因为首先是最顶端的类加载器加载系统的java.lang.String
类,最终自定义的类加载器无法加载java.lang.String
类。
或许你会想,我在自定义的类加载器里面强制加载自定义的java.lang.String
类,不去通过调用父加载器不就好了吗?确实,这样是可行。但是,在JVM
中,判断一个对象是否是某个类型时,如果该对象的实际类型与待比较的类型的类加载器不同,那么会返回false。
举个简单例子:
ClassLoader1
、ClassLoader2
都加载java.lang.String
类,对应Class1、Class2对象。那么Class1
对象不属于ClassLoad2
对象加载的java.lang.String
类型。
1.3 如何实现双亲委派模型?
双亲委派模型的原理很简单,实现也简单。每次通过先委托父类加载器加载,当父类加载器无法加载时,再自己加载。其实ClassLoader
类默认的loadClass
方法已经帮我们写好了,我们无需去写。
2. 自定义类加载器
2. 1几个重要函数
2.1.1 loadClass
loadClass
默认实现如下:
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
return loadClass(name, false);
}
再看看loadClass(String name, boolean resolve)
函数:
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
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) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name); // this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
从上面代码可以明显看出,loadClass(String, boolean)
函数即实现了双亲委派模型!整个大致过程如下:
- 首先,检查一下指定名称的类是否已经加载过,如果加载过了,就不需要再加载,直接返回。
- 如果此类没有加载过,那么,再判断一下是否有父加载器;如果有父加载器,则由父加载器加载(即调用
parent.loadClass(name, false);
).或者是调用bootstrap
类加载器来加载。- 如果父加载器及
bootstrap
类加载器都没有找到指定的类,那么调用当前类加载器的findClass
方法来完成类加载。
话句话说,如果自定义类加载器,就必须重写findClass
方法!
2.1.1 find Class
findClass
的默认实现如下:
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
可以看出,抽象类ClassLoader
的findClass
函数默认是抛出异常的。而前面我们知道,loadClass
在父加载器无法加载类的时候,就会调用我们自定义的类加载器中的findeClass
函数,因此我们必须要在loadClass
这个函数里面实现将一个指定类名称转换为Class
对象.
如果是是读取一个指定的名称的类为字节数组的话,这很好办。但是如何将字节数组转为Class
对象呢?很简单,Java
提供了defineClass
方法,通过这个方法,就可以把一个字节数组转为Class对象啦~
2.1.1 defineClass
defineClass
主要的功能是:
将一个字节数组转为
Class
对象,这个字节数组是class
文件读取后最终的字节数组。如,假设class
文件是加密过的,则需要解密后作为形参传入defineClass
函数。
defineClass
默认实现如下:
protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)
throws ClassFormatError {
return defineClass(name, b, off, len, null);
}
双亲模式的问题
顶层ClassLoader,无法加载底层ClassLoader的类
Java框架(rt.jar)如何加载应用的类?
比如:javax.xml.parsers包中定义了xml解析的类接口
Service Provider Interface SPI 位于rt.jar
即接口在启动ClassLoader中。
而SPI的实现类,在AppLoader。
这样就无法用BootstrapClassLoader去加载SPI的实现类。
解决
JDK中提供了一个方法:
1: Thread. setContextClassLoader()
用以解决顶层ClassLoader无法访问底层ClassLoader的类的问题;
基本思想是,在顶层ClassLoader中,传入底层ClassLoader的实例。
线程上下文类加载器(context class loader)是从 JDK 1.2 开始引入的。类 java.lang.Thread
中的方法 getContextClassLoader()
和setContextClassLoader(ClassLoader cl)
用来获取和设置线程的上下文类加载器。如果没有通过 setContextClassLoader(ClassLoader cl)
方法进行设置的话,线程将继承其父线程的上下文类加载器。Java 应用运行的初始线程的上下文类加载器是系统类加载器(appClassLoader)。在线程中运行的代码可以通过此类加载器来加载类和资源。
前面提到的类加载器的代理模式并不能解决 Java 应用开发中会遇到的类加载器的全部问题。Java 提供了很多服务提供者接口(Service Provider Interface,SPI),允许第三方为这些接口提供实现。常见的 SPI 有 JDBC、JCE、JNDI、JAXP 和 JBI 等。这些 SPI 的接口由 Java 核心库来提供,如 JAXP 的 SPI 接口定义包含在 javax.xml.parsers
包中。这些 SPI 的实现代码很可能是作为 Java 应用所依赖的 jar 包被包含进来,可以通过类路径(CLASSPATH)来找到,如实现了 JAXP SPI 的 Apache Xerces所包含的 jar 包。SPI 接口中的代码经常需要加载具体的实现类。如 JAXP 中的 javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory
类中的 newInstance()
方法用来生成一个新的DocumentBuilderFactory
的实例。这里的实例的真正的类是继承自 javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory
,由 SPI 的实现所提供的。如在 Apache Xerces 中,实现的类是 org.apache.xerces.jaxp.DocumentBuilderFactoryImpl
。而问题在于,SPI 的接口是 Java 核心库的一部分,是由引导类加载器来加载的;SPI 实现的 Java 类一般是由系统类加载器来加载的。引导类加载器是无法找到 SPI 的实现类的,因为它只加载 Java 的核心库。它也不能代理给系统类加载器,因为它是系统类加载器的祖先类加载器。也就是说,类加载器的代理模式无法解决这个问题。
线程上下文类加载器正好解决了这个问题。如果不做任何的设置,Java 应用的线程的上下文类加载器默认就是系统上下文类加载器。在 SPI 接口的代码中使用线程上下文类加载器,就可以成功的加载到 SPI 实现的类。线程上下文类加载器在很多 SPI 的实现中都会用到。
JNDI,JDBC的诉求是:
为了能让应用程序访问到这些jar包中的实现类,即用appClassLoarder去加载这些实现类。可以用getContextClassLoader取得当前线程的ClassLoader(即appClassLoarder),然后去加载这些实现类,就能让应用访问到。
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