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【JVM】类加载器
文章目录
- 【JVM】类加载器
- 0. 类加载器概述
- 1. 类加载器的分类
- 1.1 启动类加载器
- 1.2 Java中的默认类加载器
- 1.2.1 扩展类加载器
- 1.2.2 应用程序类加载器
- 2. 双亲委派机制
- 2.1 类的双亲委派机制是什么?
- 2.2 打破双亲委派机制
- 2.2.1 自定义类加载器
- 2.2.2 线程上下文类加载器
- 2.3 OSGi模块化
- 3. 总结
0. 类加载器概述
类加载器(ClassLoader)是Java虚拟机提供给应用程序去实现获取类和接口字节码数据的技术。
1. 类加载器的分类
类加载器分为两类:
- Java代码中实现的类加载器
- JVM底层源码实现的类加载器
jdk8和8之后版本的类加载器的设计差别较大,jdk8及之前的版本中默认的类加载器有如下几种:
- JVM底层实现(C++):
- 启动类加载器Bootstrap:加载Java中最核心的类
- Java:
- 扩展类加载器Extension:允许扩展Java中比较通用的类
- 应用程序类加载器Application:加载应用使用的类
1.1 启动类加载器
**启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)**是由 Hotspot
虚拟机提供的,使用C++编写的类加载器。默认加载Java安装目录/jre/lib下的类文件,比如 rt.jar,tools.jar,resources.jar等。
使用启动类加载器去加载用户jar包有两种方式:
- 将jar包放入
jre/lib
目录下进行扩展- 不推荐,尽可能不要去更改JDK安装目录中的内容,因为就算将jar包放入该目录下也可能由于文件名不匹配的问题导致jar包不会正常的被加载。
- 使用参数进行扩展
- 推荐,使用
-Xbootclasspath/a:路径/jar包名.jar
进行扩展。
- 推荐,使用
1.2 Java中的默认类加载器
扩展类加载器和应用程序类加载器都说JDK中提供的、使用Java编写的类加载器。它们的源码都位于 sun.misc.Launcher
中,是一个静态内部类。继承自 URLClassLoader
,可以通过目录或者指定jar包将字节码文件加载到内存中。
1.2.1 扩展类加载器
**扩展类加载器(Extension ClassLoader)**是jdk中提供的、使用Java编写的类加载器。默认加载Java安装目录 /jre/lib/ext
下的类文件。
通过扩展类加载器去加载用户jar包的方式:
- 放入
jre/lib/ext
下进行扩展。- 不推荐,尽可能不要去更改jdk安装目录中的内容。
- 使用参数进行扩展
- 推荐,使用
-Djava.ext.dirs=jar包目录
进行扩展,这种方式会覆盖掉原始目录,随意我们应该用;
(windows)或:
(macos/linux)追加上原始目录。
- 推荐,使用
1.2.2 应用程序类加载器
应用程序类加载器(AppClassLoader):面向我们用户的加载器,负责加载当前应用 classpath 下的所有 jar 包和类。
2. 双亲委派机制
由于JVM中有多个类加载器,双亲委派机制的核心是解决一个类到底由谁加载的问题。
双亲委派机制的作用:
- 保证类加载的安全性:通过双亲委派机制避免恶意代码替换jdk中的核心类库,比如
java.lang.String
,确保核心类库的完整性和安全性。 - 避免重复加载:双亲委派机制可以避免同一个类被多次加载。
双亲委派机制指的是:当一个类加载器接收到加载类的任务时,会自底向上查找是否加载过,再由顶向下进行加载。
- 向上查找:
- 向上查找如果已经加载过,就直接返回Class对象,加载过程结束。这样就能避免一个类重复加载。
- 向下加载:
- 如果所有父类加载器都无法加载该类,则由当前类加载器自己尝试加载。所以看上去是自顶向下尝试。
- 第二次再去加载相同的类,仍会向上进行委派,如果某个类加载器加载过就会直接返回。
每个Java实现的类加载器中都保存了一个成员变量名为 parent
的类加载器,**可以理解为它的上级,并不是继承关系。**应用程序类加载器的parent父类加载器是扩展类加载器,而扩展类加载器的parent是空,因为启动类加载器由C++实现,无法在Java中获得。
2.1 类的双亲委派机制是什么?
类的双亲委派机制是什么?
- 当一个类加载器去加载某个类的时候,会自底向上查找是否加载过,如果加载过就直接返回Class对象,如果一直到最顶层的类加载器都没有加载,再自顶向下进行加载。
- 应用程序类加载器的父类加载器是扩展类加载器,扩展类加载器的父类加载器是启动类加载器。
- 双亲委派机制的好处:
- 避免恶意代码替换jdk中核心类库,确保核心类库的完整性和安全性。
- 避免类被重复加载。
2.2 打破双亲委派机制
打破双亲委派机制的三种方式:
- 自定义类加载器:自定义类加载器并且重写
loadClass
方法,就可以将双亲委派机制的代码去除。 - 线程上下文类加载器:利用上下文类加载器加载类,比如JDBC和JNDI等。
- Osgi框架的类加载器:历史上Osgi框架实现了一套新的类加载器机制,允许同级之间委托进行类的加载。
2.2.1 自定义类加载器
- 一个Tomcat程序中可以运行多个Web应用,如果这两个应用中出现了相同限定名的类,比如Servlet类,Tomcat要保证这两个类都能加载并且它们应该是不同的类。
- 如果不打破双亲委派机制,当应用类加载器加载Web应用1中的MyServlet之后,Web应用2中相同限定名的MyServlet类就无法被加载了。
Tomcat使用了自定义类加载器来实现应用之间类的隔离。每一个应用会有一个独立的类加载器加在对应的类。
ClassLoader中包含了4个核心方法(双亲委派机制的核心代码就位于loadClass方法中):
打破双亲委派机制的关键就是重写 loadClass
方法中的逻辑。
2.2.2 线程上下文类加载器
JDBC中使用了 DriverManager
来管理项目中引入的不同数据库的驱动,比如mysql驱动,oracle驱动。
DriverManager
类位于 rt.jar 包中,由启动类加载器加载。而依赖中的mysql驱动对应的类,由应用程序类加载器来加载。这就违反了双亲委派机制。
DriverManager
使用SPI机制,最终加载jar包中对应的驱动类。
那么SPI机制是如何获取到应用程序类加载器的呢?
SPI中使用了线程上下文中保存的类加载器进行类的加载,这个类加载器一般是应用程序类加载器。
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service){ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();return ServiceLoader.load(service,cl);
}
完整流程:
- 启动类加载器加载
DriverManager
- 在初始化
DriverManager
时,通过SPI机制加载jar包中的mysql驱动 - SPI中利用了线程上下文类加载器(应用程序类加载器)去加载类并创建对象。
思考:
JDBC案例真的打破了双亲委派机制吗?
有两种说法:
- 打破了双亲委派机制:这种由启动类加载器加载的类,委派应用程序类加载器去加载类的方式,打破了双亲委派机制。
- 没有打破双亲委派机制:类加载流程中,没有违反双亲委派机制。因为
DriverManager
位于rt.jar包下,由启动类加载器加载,而mysql驱动位于classpath,由应用程序类加载器加载,没有问题。
2.3 OSGi模块化
历史上,OSGi模块化框架。它存在同级之间的类加载器的委托加载。OSGi还使用类加载器实现了热部署(在服务不停止的情况下,动态更新字节码文件到内存中)的功能。
3. 总结
- 类加载器的作用是什么?
答:类加载器(ClassLoader)负责在类加载过程当中获取字节码并加载到内存中转换成byte[],接下来调用虚拟机底层方法将byte[]转换成方法区和堆中的数据。
- 有几种常见的类加载器?
答:
- 启动类加载器:加载核心类
- 扩展类加载器:加载扩展类
- 应用程序类加载器:加载应用classpath中的类
- 自定义类加载器:重写findClass方法
- 什么是双亲委派机制?
答:每个Java实现的类加载器中都保存了一个成员变量叫 parent 的类加载器。自底向上查找是否加载过,再由顶向下进行加载。避免核心类被应用程序重写并覆盖的问题,提升了安全性。
- 怎么打破双亲委派机制?
答:
- 重写loadClass方法。
- JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等框架使用了SPI机制+线程上下文类加载器。
- OSGi实现了一套类加载机制,允许同级类加载器之间互相调用。
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