Java类载入器(一)——类载入器层次与模型
类载入器
虚拟机设计团队把类载入阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描写叙述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现。以便让应用程序自己决定怎样去获取所须要的类。实现这个动作的代码模块称为“类载入器”。
类载入器层次(等级)
从JVM的角度来讲,仅仅存在两种不同的类载入器。
第一类是启动类载入器(Bootstrap ClassLoader):这个类载入器主要载入JVM自身工作须要的类。这个类载入器由C++语言实现(特指HotSpot)。是虚拟机自身的一部分。
负责将存放在%JAVA_HOME%\lib文件夹中的,或者被-Xbootclasspath參数所指定的路径中。而且是虚拟机识别的(仅依照文件名称识别。如rt.jar,名字不符合的类库即使放在lib文件夹中也不会被载入)类载入到虚拟机内存中。
还有一类就是全部其它的类载入器,这些载入器都是由java实现,独立于虚拟机外部。
Extension ClassLoader:这个类即在其有sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,它负责载入%JAVA_HOME%\lib\ext文件夹中,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的全部类库,开发人员能够直接使用扩展类载入器。
Application ClassLoader:这个类载入器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。因为这个类载入器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也成它为系统类载入器。它负责载入用户类路径上指定的类库,开发人员能够直接使用这个类载入器。假设应用程序中没有自己定义过自己的类载入器。普通情况下这个就是程序中默认的类载入器。
AppClassLoader的parent是ExtClassLoader。
非常多文章在介绍ClassLoader层次的结构时把Bootstrap ClassLoader也列在ExtClassLoader的上一级中。事实上Bootstrap ClassLoader并不属于JVM的类等级层次。因为Bootstrap ClassLoader没有遵守ClassLoader的载入股则。另外Bootstrap ClassLoader没有子类,ExtClassLoader的父类也不是Bootstrap ClassLoader,ExtClassLoader并没有父类,我们在应用中能提取到的顶层父类是ExtClassLoader.
代码举例:
ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(cl.toString());
System.out.println(cl.getParent());
System.out.println(cl.getParent().getParent());
输出结果:
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@7dd74c03
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@41bf9980
null
怎样获得ClassLoader
- this.getClass().getClassLoader();//使用当前类的ClassLoader
- Thread.currentThread().getContextClassLoader();//使用当前线程的ClassLoader
- ClassLoader.getSystemClassLoader();//使用系统ClassLoader
代码举例:
public void test()
{
System.out.println(this.getClass().getClassLoader().toString());
System.out.println(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());
}
输出:
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@41bf9980
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@41bf9980
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@41bf9980
[Tips]怎样获得类的class属性:
1. Class.forName(类路径全名);
2. this.getClass();
3. 使用.class,比方String.class
4. 对于基本数据类型有:Class c1 = int.class(class仅仅是约定标记。不是成员属性) 或者Class c2 = Integer.TYPE
JVM载入class文件到内存有两种方式:
1. 隐式载入:所谓的隐式载入就是不通过在代码里调用ClassLoader来记载须要的类。而是通过JVM来自己主动载入须要的类到内存的方式。
比如,当我们在类中集成或者引用某个类是,JVM在解析当前这个类时发现引用的类不在内存中,那么就会自己主动将这些类载入到内存中。
2. 显示载入:相反的显示载入就是我们在代码中通过调用ClassLoader类来载入一个类的方式,比如,调用this.getClass.getClassLoader().loadClass()或者Class.forName()。或者我们自己实现的ClassLoader的findClass()方法等。
双亲委派模型
双亲委派模型要求畜类鼎城的启动类载入器(Bootstrap ClassLoader)之外。其余的类载入器都应当有自己的父类载入器。这里类载入器之间的父子关系一般不会以inheritance的关系实现而是都是使用组合Composition关系来复用父类载入器的代码。
双亲委派模型不是一个强制性的约束模型,而是java设计者推荐给开发人员的一种类载入器实现方式。在java的世界中大部分的类载入器都遵循这个模型,但也有例外。到眼下为止。双亲委派模型主要出现过3此较大的“被破坏”情况,这个稍后再阐述。
双亲委派模型的工作过程是:假设一个类载入器收到了类载入的请求,它首先不会自己去尝试载入这个类,而是把这个请求委派给父类载入器去完毕,每个层次的类载入器都是如此。因此全部的载入请求终于都应该传送到顶层的启动类载入器中。仅仅有当父载入器反馈自己无法完毕这个载入请求(它搜索范围中没有找到所需的类)时,子载入器才会尝试自己去载入。
双亲托付机制的作用是防止系统jar包被本地替换,因为查找方法过程都是从最底层開始查找。 因此,一般我们自己定义的classloader都须要採用这样的机制,我们仅仅须要继承java.lang.ClassLoader实现findclass就可以,假设须要很多其它控制,自己定义的classloader就须要重写loadClass方法了,比方tomcat的载入过程,这个比較复杂。能够通过其它文档资料查看相关介绍。
双亲委派模型对于保证java程序的稳定运作非常重要,实现体如今java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中。例如以下:
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;
}
}
loadClass()方法的载入步骤为:
1. 调用 Class c = findLoadedClass(name);来检查是否已经载入类;
2. 在父类载入器上调用loadClass方法:
c = parent.loadClass(name, false);
假设父类载入器为null,则使用虚拟机的内置类载入器:
c = findBootstrapClassOrNull(name);
3. 在父类载入器无法载入的时候再调用本身的findClass方法来进行类载入:
c = findClass(name);
每个ClassLoader载入Class的过程是:
1.检測此Class是否载入过(即在cache中是否有此Class),假设有到8,假设没有到2;
2.假设parent classloader不存在(没有parent。那parent一定是bootstrap classloader了),到4;
3.请求parent classloader载入。假设成功到8,不成功到5;
4.请求jvm从bootstrap classloader中载入。假设成功到8;
5.寻找Class文件(从与此classloader相关的类路径中寻找)。假设找不到则到7;
6.从文件里载入Class。到8;
7.抛出ClassNotFoundException;
8.返回Class.
破坏双亲委派模型
上文提到了到眼下为止,双亲委派模型出现过3次较大规模的“被破坏”的情况,这里详细阐述一下。
第一次。
发生在双亲委派模型出现之前(jdk1.2公布之前)。因为双亲委派模型在jdk1.2之后才被引入。而类载入器和抽象类java.lang.ClassLoader则在jdk1.0时代就已经存在,面对已经存在的用户自己定义类载入器的实现代码,java设计者引入双亲委派模型时不得不做出了一些妥协。
历史已经成为过去,详细的在此不赘述。须要注意的是jdk1.2之后不提倡用户再去覆盖loadClass()方法,而应当把自己的类载入逻辑写到findClass()中,这样保证符合双亲委派模型的规则。
第二次。
由模型本身的缺陷所导致的,双亲委派模型非常好地攻克了各个类载入器的基础类的统一问题。当父类载入器须要请求子类载入器去完毕类载入动作,比方JNDI服务:它的代码由启动类载入器去载入。但JNDI的目的是对资源进行集中管理和查找。它须要调用由独立厂商实现并部署在应用程序的Classpath下的JNDI提供者(SPI)的代码,可是启动类载入器不“认识”这些代码。
这是就要用到了线程上下文载入器(Thread Context ClassLoader)。这个类载入器能够通过java.lang.Thread类的setContextClassLoader()方法进行设置。
这里怎么又出来一个context classloader呢?它有什么用呢?我们在建立一个线程Thread的时候,能够为这个线程通过setContextClassLoader方法来指定一个合适的classloader作为这个线程的context classloader,当此线程执行的时候,我们能够通过getContextClassLoader方法来获得此context classloader,就能够用它来载入我们所须要的Class。
默认的是system classloader。利用这个特性,我们能够“打破”classloader托付机制了。父classloader能够获得当前线程的context classloader。而这个context classloader能够是它的子classloader或者其它的classloader,那么父classloader就能够从其获得所需的 Class,这就打破了仅仅能向父classloader请求的限制了。这个机制能够满足当我们的classpath是在执行时才确定,并由定制的 classloader载入的时候,由system classloader(即在jvm classpath中)载入的class能够通过context classloader获得定制的classloader并载入入特定的class(一般是抽象类和接口,定制的classloader中是事实上现),比如web应用中的servlet就是用这样的机制载入的.
第三次。
因为用户对程序动态性的追求而导致的,这里所说的“动态性”指的是当前一些非常“热门”的名称:代码热替换、模块热部署等,相似于鼠标键盘热拔插。
详细的能够看一下OSGi。在OSGi环境下。类载入器不再是双亲委派模型中的树型结构,而是一种网状结构。详细的能够翻阅一些相关资料。
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