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  • 类加载器

    前言

      类加载器实现的动作是:通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流。

      类加载器可以说是Java语言的一项创新,也是Java语言流行的重要原因之一,它最初是为了满足Java Applet的需求开发出来的。虽然目前Java Applet技术基本上已经不怎么使用(仅仅指浏览器上的Java Applet),但类加载器却在类层次划分、OSGi、热部署、代码加密等领域大放异彩,成为了Java技术体系中一块重要的基石。

    类与类加载器

      类加载器虽然只用于实现类的加载动作,但它在Java程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段。对于任意的一个类,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。这句话可以表达得更通俗一些:比较两个类是否相等,只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义,否则,即使这两个类来源于同一个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,那这两个类就必定不相等。

      这里的相等,包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果,也包括使用instanceof 关键字做对象所属关系判定等情况。

    类加载器

      从Java虚拟机的角度来讲,只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现,是虚拟机自身的一部分;另一种就是所有其他的类加载器,这些类加载器都是由Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

      从Java开发人员的角度来看,类加载器还可以划分得更细致一些,绝大部分都会使用到启动类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器。如下图所示,展示了类加载器之间的层次关系:

      启动类加载器:这个类加载器负责将存放在<JAVA_HOME>lib 目录中的,或者被 -Xbootclasspath参数所指定的路径中的,并且是虚拟机识别的(仅仅按照文件名识别,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)类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用,用户在编写自定义类加载器时,如果需要把加载请求委派给引导类加载器,那么直接使用null代替即可。这里解释一下为什么是null:Bootstrap ClassLoader以外的ClassLoader都是Java实现的,因此这些ClassLoader势必在Java堆中有一份实例在,所以Extension ClassLoader和Application ClassLoader都能打印出内容来。但是Bootstrap ClassLoader是JVM的一部分,是用C/C++写的,不属于Java,自然在Java堆中也没有自己的空间,所以就返回null了。所以,如果ClassLoader得到的是null,那么表示的ClassLoader就是Bootstrap ClassLoader

      扩展类加载器(Extension ClassLoader):这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,它负责加载<JAVA_HOME>libext 目录中的,或者被 java.ext.dirs 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。

      应用程序类加载器(Application ClassLoader):这个类加载器由 sun.misc.Launcher$App-ClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径(ClassPath)上所指定的类库,开发者可以直接使用这个类加载器,如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

    我们的应用程序都是由这3种类加载器互相配合进行加载的,如果有必要,还可以加入自己定义的类加载器。

    下面的程序是由JDK10的版本运行的,打印的结果有所不同,表示类加载器已经变化了,仅供参考,大体思路上是一致的。

    1 public class TestMain
    2 {
    3     public static void main(String[] args)
    4     {
    5         System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());
    6     }
    7 }

    运行结果为

    jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@4629104a

    顺便根据上图中类加载器模型,打印一下这个类的父加载器:

    1 public class TestMain
    2 {
    3     public static void main(String[] args)
    4     {
    5         System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());
    6     }
    7 }

    运行结果为

    jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader@1c53fd30

    那么再打印父加载器呢?按照我们的想法应该是Bootstrap ClassLoader了,看下是不是:

    1 public class TestMain
    2 {
    3     public static void main(String[] args)
    4     {
    5         System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getParent());
    6     }
    7 }

    运行结果为

    null

    如果ClassLoader得到的是null,那么表示的ClassLoader就是Bootstrap ClassLoader。

    双亲委派模型(Parents Delegation Model)

      上面图中展示的类加载器之间的这种层次关系,称为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器之外,其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现,而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。

      双亲委派模型的工作过程是:如果一个类加载器收到了类加载的请求,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去完成,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的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自己无法完成这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去加载。

      使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系,有一个显而易见的好处就是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如java.lang.Object,它存放在rt.jar中,无论哪一个类加载器要加载这个类,最终都是委派给处于模型最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。相反,如果没有使用双亲委派模型,由各个类加载器自行去加载的话,如果用户自己编写了一个java.lang.Object的类,并放在了 ClassPath中,那么系统中将会出现多个不同的Object类,Java类型体系中最基础的行为就无法保证,应用程序也将会变得一片混乱。

     参考:《深入理解Java虚拟机》 周志明 编著:

      

    作者:Joe
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