Carson带你学JVM：你真的了解类加载器吗？（含双亲委派模型）

前言

  • 了解 类加载器 有利用在类初始化时进行一些功能操作
  • 本文全面讲解类加载器，希望你们会喜欢。

Carson带你学JVM系列文章，具体如下：
Carson带你学JVM：这是一份全面 & 详细的JVM学习指南
Carson带你学JVM：图文解析Java虚拟机内存结构
Carson带你学JVM：Java对象的创建、内存布局 & 访问定位全过程解析
Carson带你学JVM：Java对象如何判断存活原则-引用计数法 & 引用链法
Carson带你学JVM：这是一份全面 & 详细的垃圾收集算法（GC）讲解攻略
Carson带你学JVM：常见的垃圾收集器学习指南
Carson带你学JVM：类加载的全过程解析
Carson带你学JVM：你真的了解类加载器吗？（含双亲委派模型）
Carson带你学JVM：方法分派模型-静态分派、动态分派

目录

目录

1. 作用

  1. 实现类加载的功能
  2. 确定被加载类 在 Java虚拟机中 的 唯一性

下面我会进行详细讲解。

1.1 实现类加载的功能

即实现 类加载过程中“加载”环节里 “通过类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流” 的功能

具体请看我写的文章：（JVM）Java虚拟机：类加载的5个过程

1.2 确立 被加载类 在 Java虚拟机中 的 唯一性

  • 确定 两个类是否 相等 的依据：是否由同一个类加载器加载
    1. 若 由同一个类加载器 加载，则这两个类相等；
    2. 若 由不同的类加载器 加载，则这两个类不相等。

即使两个类来源于同一个 Class 文件、被同一个虚拟机加载，这两个类都不相等

  • 在实际使用中，是通过下面方法的返回结果（Boolean值）进行判断：
    1. Class对象的equals()方法
    2. Class对象的isAssignableFrom()方法
    3. Class对象的isInstance()方法

当然也会使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况

  • 实例说明
    下面我将举个例子来说明：
public class Test { 

    // 自定义一个类加载器：myLoader
    // 作用：可加载与自己在同一路径下的Class文件
    static ClassLoader myLoader = new ClassLoader() { 
        @Override 
        public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
 
            if (!name.equals("com.carson.Test")) 
                return super.loadClass(name); 
 
            try { 
                String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) 
                        + ".class"; 
 
                InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName); 
                if (is == null) { 
                    return super.loadClass(fileName); 
                } 
                byte[] b = new byte[is.available()]; 
                is.read(b); 
                return defineClass(name, b, 0, b.length); 
 
            } catch (IOException e) { 
                throw new ClassNotFoundException(name); 
            } 
        } 
    }; 
 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
 
        Object obj = myLoader.loadClass("com.carson.Test"); 
        // 1. 使用该自定义类加载器加载一个名为com.carson.Test的类
        // 2. 实例化该对象

        System.out.println(obj); 
        // 输出该对象的类 ->>第一行结果分析

        System.out.println(obj instanceof com.carson.Test); 
        // 判断该对象是否属于com.carson.Test类 ->>第二行结果分析

    } 
 
}

<-- 输出结果 -->
class com.carson.Test 
false

// 第一行结果分析
// obj对象确实是com.carson.Test类实例化出来的对象

// 第二行结果分析
// obj对象与类com.huachao.Test做所属类型检查时却返回了false
// 原因：虚拟机中存在了两个Test类（1 & 2）：1是由系统应用程序类加载器加载的，2是由我们自定义的类加载器加载
// 虽然都是来自同一个class文件，但由于由不同类加载器加载，所以依然是两个独立的类
// 做对象所属类型检查结果自然为false。

2. 类加载器的类型

  • 类加载器的类型数量分别从 Java虚拟机 & Java开发者的角度来看，如下图
示意图
  • 下面主要讲解从 Java 开发者角度看的类加载器，即讲解：
    1. 启动类加载器
    2. 扩展类加载器
    3. 应用程序类加载器

2.1 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

  • 作用
    负责加载以下类：
    1. 存放在<JAVA_HOME>\lib目录中的类
    2. 被-Xbootclasspath参数所指定路径中、并且是被虚拟机识别的类库

仅按文件名识别，如：rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载

  • 特别注意
    1. 启动类加载器 无法 被Java程序直接引用
    2. 用户在编写自定义类加载器时，若需把 加载请求 委派 给 引导类加载器，直接使用null代替即可，如java.lang.ClassLoader.getClassLoader()方法所示：
@CallerSensitive 
public ClassLoader getClassLoader() { 
    ClassLoader cl = getClassLoader0(); 
    if (cl == null) 
        return null; 
    SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); 
    if (sm != null) { 
        ClassLoader.checkClassLoaderPermission(cl, Reflection.getCallerClass()); 
    } 
    return cl; 
}

2.2 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

  • 作用：
    负责加载以下类：

    1. <JAVA_HOME>\lib\ext目录中的类库
    2. 被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库

  • 特别注意

    1. 由sum.misc.Launcher$ExtClassLoader类实现
    2. 开发者可以直接使用扩展类加载器

2.3 应用程序类加载器（Application ClassLoader）

  • 作用：
    负责加载 用户类路径（ClassPath）上所指定的类库

  • 特别注意

    1. 也称为系统类加载器，因为该类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值
    2. 由sum.misc.Launcher$AppClassLoader类实现
    3. 开发者可以直接使用该类加载器
    4. 若开发者 没 自定义类加载器，程序默认使用该类加载器
  • 各种类加载器的使用并不是孤立的，而是相互配合使用
  • 在Java虚拟机中，各种类加载器 配合使用 的 模型（关系）是 双亲委派模型

下面我将详细讲解。

3. 双亲委派模型

3.1 模型说明

示意图

3.2 工作流程讲解

  • 双亲委派模型的工作流程代码实现在java.lang.ClassLoader的loadClass()中
  • 具体如下
@Override 
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) 
        throws ClassNotFoundException { 
    Class<?> c = findLoadedClass(name); 

  // 检查需要加载的类是否已经被加载过
    if (c == null) { 
        try { 
             // 若没有加载，则调用父加载器的loadClass()方法
            if (parent != null) { 
                c = parent.loadClass(name, false); 
            }else{ 
                // 若父类加载器为空，则默认使用启动类加载器作为父加载器
                c=findBootstrapClassOrNull(name); 
            } 
        } catch (ClassNotFoundException e) { 
            // 若父类加载器加载失败会抛出ClassNotFoundException， 
            //说明父类加载器无法完成加载请求 
        } 
        if(c==null){ 
            // 在父类加载器无法加载时 
            // 再调用本身的findClass方法进行类加载 
            c=findClass(name); 
        } 
    } 
    if(resolve){ 
        resolveClass(c); 
    } 
    return c; 
}

步骤总结：若一个类加载器收到了类加载请求

  1. 把 该类加载请求 委派给 父类加载器去完成，而不会自己去加载该类

每层的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应传送到顶层的启动类加载器中

  1. 只有当 父类加载器 反馈 自己无法完成该加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会自己去加载

3.3 优点

Java类随着它的类加载器一起具备了一种带优先级的层次关系

  1. 如：类 java.lang.Object（存放在rt.jar中）在加载过程中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终需委派给模型顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。
  2. 若没有使用双亲委派模型（即由各个类加载器自行去加载）、用户编写了一个java.lang.Object的类(放在ClassPath中），那系统中将出现多个不同的Object类，Java体系中最基础的行为就无法保证

在讲完系统的类加载器后，下面我将讲解如何根据需求自定义类加载器。

4. 自定义类加载器

主要是通过继承自ClassLoader类 从而自定义一个类加载器
MyClassLoader.java

// 继承自ClassLoader类
public class MyClassLoader extends ClassLoader { 
    // 类加载器的名称 
    private String name; 
    // 类存放的路径 
    private String classpath = "E:/"; 
 
    MyClassLoader(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    MyClassLoader(ClassLoader parent, String name) { 
        super(parent); 
        this.name = name; 
    } 
 
    @Override 
    public Class<?> findClass(String name) {  
        byte[] data = loadClassData(name); 
        return this.defineClass(name, data, 0, data.length); 
    } 
 
    public byte[] loadClassData(String name) { 
        try { 
            name = name.replace(".", "//"); 
            System.out.println(name); 
            FileInputStream is = new FileInputStream(new File(classpath + name 
                    + ".class")); 
            byte[] data = new byte[is.available()]; 
            is.read(data); 
            is.close(); 
            return data; 
 
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        return null; 
    } 
}

下面我将用一个实例来说明如何自定义类加载器 & 使用。

步骤1：自定义类加载器MyClassLoader
MyClassLoader.java

// 继承自ClassLoader类
public class MyClassLoader extends ClassLoader { 
    // 类加载器的名称 
    private String name; 
    // 类存放的路径 
    private String classpath = "E:/"; 
 
    MyClassLoader(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    MyClassLoader(ClassLoader parent, String name) { 
        super(parent); 
        this.name = name; 
    } 
 
    @Override 
    public Class<?> findClass(String name) {  
        byte[] data = loadClassData(name); 
        return this.defineClass(name, data, 0, data.length); 
    } 
 
    public byte[] loadClassData(String name) { 
        try { 
            name = name.replace(".", "//"); 
            System.out.println(name); 
            FileInputStream is = new FileInputStream(new File(classpath + name 
                    + ".class")); 
            byte[] data = new byte[is.available()]; 
            is.read(data); 
            is.close(); 
            return data; 
 
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        return null; 
    } 
}

步骤2：定义待加载的类
TestObject.java

public class TestObject { 
    public void print() { 
        System.out.println("hello DiyClassLoader"); 
 
    } 
}

步骤3：定义测试类
Test.java

public class Test { 
 
    public static void main(String[] args) throws InstantiationException, 
            IllegalAccessException, ClassNotFoundException { 
       
        MyClassLoader cl = new MyClassLoader("myClassLoader"); 
        // 步骤1：创建自定义类加载器对象

        Class<?> clazz = cl.loadClass("com.carson.TestObject"); 
        // 步骤2：加载定义的测试类：myClassLoader类

        TestObject test= (TestObject) clazz.newInstance(); 
        // 步骤3：获得该类的对象
        test.print(); 
        // 输出
    } 
 
}

// 输出结果
hello DiyClassLoader

4. 总结

  • 本文全面讲解类加载器
  • 接下来我会对Java虚拟机（JVM）进行详细的分析，欢迎关注Carson_Ho的简书，不定期分享关于安卓开发的干货，追求短、平、快，但却不缺深度。

请点赞！因为你的鼓励是我写作的最大动力！

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