虚拟机类加载机制解析(二)

类加载器

一、类与类加载器

    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一同确立其在Java虚拟机中的唯一性,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。即比较二个类是否“相等”,只有在这二个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义,否则即使这二个类来源于同一个Class文件,被同一个虚拟机加载,只要加载它们的类加载器不同,那么这二个类就必定不相等。

public Class ClassLoaderTest{    
public static void main(String[] args) {  
        ClassLoader myloader = new ClassLoader() {  
            @Override  
            public Class<?> loadClass(String name) {  
                try {  
                    String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";  
                    InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);  
                    if (is == null) {  
                        return super.loadClass(name);  
                    }  
                    byte[] b = new byte[is.available()];  
                    is.read(b);  
                    return defineClass(name, b, 0, b.length);  
                } catch (Exception e) {  
                    e.printStackTrace();  
                }  
                return null;  
            }  
        };  
        try {  
            Object obj = myloader.loadClass("com.sun.ClassLoaderTest").newInstance();  
            System.out.println(obj.getClass());//运行:class com.sun.ClassLoaderTest  
            System.out.println(obj instanceof com.sun.ClassLoaderTest);// 运行:false  
        } catch (ClassNotFoundException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
}

上面代码会输出二行结果,从第一句可以看出对象myloader确实是com.sum.ClassLoaderTest实例化出来的对象,但第二行该对象与com.sun.ClassLoaderTest做类型检查时却返回了false,原因就是虚拟机中虽然存在二个ClassloaderTest类,但一个是由系统应用程序类加载器加载的,另一个是由我们自定义的类加载器加载的,虽然都来自同一个Class文件,但依然是二个独立的类。

二、双亲委派模型

从Java虚拟机角度来讲,只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),由C++语言实现,是虚拟机自身的一部分;另一种是所有其他的类加载器,由Java语言实现,独立于虚拟机外部,全部继承抽象类java.lang.ClassLoader
从开发人员角度来看,类加载器大致分为以下三种:

(1)启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):负责将存放在\lib目录中的,或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的,并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机中。如,rt.jar。名字不符合即使放在目录中也不被加载。如果需要把加载请求委派给引导类加载器,直接使用null代替即可。

(2)扩展类加载器(Extension ClassLoader):由sum.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,负责加载<Java_Home>\lib\ext目录中的,或者被java.ext.dir系统变量所指定的路径中的所有类库。开发者可以直接使用扩展类加载器。

(3)应用程序类加载器(Application ClassLoader):由sun.misc.Launcher$App-ClassLoader实现。是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以也称为系统类加载器。负责加载用户路径(ClassPath)上所指定的类库,如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,这个就是默认的加载器,开发人员可以直接使用这个类加载器。

工作流程:如果类加载器收到类加载的请求,会先将请求委派给父类加载器完成,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中,只有当父加载器反馈无法完成这个加载请求,子加载器才会尝试自己去加载。

好处:如类java.lang.Object,存放在rt.jar中,无论哪个类加载器要加载这个类,都会委派到启动类加载器中,所以Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反,如果没有使用双亲委派模型,用户自定义了一个java.lang.Object类,被加载后虚拟机中就存在多个Object类,造成混乱。

三、破坏双亲委派模型

(1)第一次“被破坏”

双亲委派模型的第一次“被破坏”其实发生在双亲委派模型出现之前--即JDK1.2发布之前。由于双亲委派模型是在JDK1.2之后才被引入的,而类加载器和抽象类java.lang.ClassLoader则是JDK1.0时候就已经存在,面对已经存在 的用户自定义类加载器的实现代码,Java设计者引入双亲委派模型时不得不做出一些妥协。为了向前兼容,JDK1.2之后的java.lang.ClassLoader添加了一个新的proceted方法findClass(),在此之前,用户去继承java.lang.ClassLoader的唯一目的就是重写loadClass()方法,因为虚拟在进行类加载的时候会调用加载器的私有方法loadClassInternal(),而这个方法的唯一逻辑就是去调用自己的loadClass()。JDK1.2之后已不再提倡用户再去覆盖loadClass()方法,应当把自己的类加载逻辑写到findClass()方法中,在loadClass()方法的逻辑里,如果父类加载器加载失败,则会调用自己的findClass()方法来完成加载,这样就可以保证新写出来的类加载器是符合双亲委派模型的。

(2)第二次“被破坏”

双亲委派模型的第二次"被破坏"是这个模型自身的缺陷所导致的,双亲委派模型很好地解决了各个类加载器的基础类统一问题(越基础的类由越上层的加载器进行加载),基础类之所以被称为"基础",是因为它们总是作为被调用代码调用的API。但是,如果基础类又要调用用户的代码,那该怎么办呢?
   一个典型的例子便是JNDI服务,它的代码由启动类加载器去加载(在JDK1.3时放进rt.jar),但JNDI的目的就是对资源进行集中管理和查找,它需要调用独立厂商实现部部署在应用程序的classpath下的JNDI接口提供者(SPI, Service Provider Interface)的代码,但启动类加载器不可能"认识"之些代码,该怎么办?

   为了解决这个困境,Java设计团队只好引入了一个不太优雅的设计:线程上下文件类加载器(Thread Context ClassLoader)。这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContextClassLoader()方法进行设置,如果创建线程时还未设置,它将会从父线程中继承一个;如果在应用程序的全局范围内都没有设置过,那么这个类加载器默认就是应用程序类加载器。了有线程上下文类加载器,JNDI服务使用这个线程上下文类加载器去加载所需要的SPI代码,也就是父类加载器请求子类加载器去完成类加载动作,这种行为实际上就是打通了双亲委派模型的层次结构来逆向使用类加载器,已经违背了双亲委派模型,但这也是无可奈何的事情。Java中所有涉及SPI的加载动作基本上都采用这种方式,例如JNDI,JDBC,JCE,JAXB和JBI等。

(3)第三次"被破坏"

双亲委派模型的第三次“被破坏”是由于用户对程序的动态性的追求导致的,例如OSGi的出现。在OSGi环境下,类加载器不再是双亲委派模型中的树状结构,而是进一步发展为网状结构。

-------------------------------------------引自《深入理解JVM虚拟机》

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