类加载器

作者: lsh的学习笔记 | 来源:发表于2020-05-27 00:22 被阅读0次

什么是类加载器？

虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描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如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。

类相等的条件？

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。

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。

这里所指的“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。

类加载器的分类

从Java虚拟机的角度，只有2种

一种是启动类加载器（BootstrapClassLoader），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，可分为3种

1. 启动类加载器（BootstrapClassLoader）

用途

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，那直接使用null代替即可。

2. 扩展类加载器（ExtensionClassLoader）

用途

负责加载＜JAVA_HOME＞\lib\ext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。

由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，开发者可以直接使用扩展类加载器。

3. 应用程序类加载器（ApplicationClassLoader）：

用途

负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库。

由sun.misc.Launcher$AppClassLoader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。

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。

双亲委派模型

类加载器双亲委派模型

什么是双亲委派模型？

双亲委派模型（ParentsDelegationModel）要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。

实现方式？

用组合（Composition），而不是继承（Inheritance）。

工作过程

如果一个类加载器收到了类加载的请求，

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。

具体实现逻辑

先检查是否已经被加载过；
若没有加载，则调用父加载器的loadClass()方法；若父加载器为空，则默认使用启动类加载器作为父加载器。
如果父类加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。

// java.lang.ClassLoader#loadClass(java.lang.String, boolean)
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 首先，检查请求的类是否已经被加载过了。
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    //如果父加载器为空
                    //默认使用启动类加载器作为父加载器
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
            // 如果父类加载器抛出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的时候
                // 再调用本身的findClass方法来进行类加载
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

双亲委派模型的目的？

解决了各个类加载器的基础类的统一问题（越基础的类由越上层的加载器进行加载）。

基础类之所以称为“基础”，是因为它们总是作为被用户代码调用的API。

3次破坏

到目前为止，双亲委派模型主要出现过3次较大规模的“被破坏”情况。

第一次

发生在双亲委派模型出现之前——即JDK1.2发布之前。

第二次

由这个模型自身的缺陷所导致，双亲委派用于解决各个类加载器的基础类的统一问题。但是，如果基础类又要调用回用户的代码，那该怎么办？

典型的例子便是JNDI服务。为了解决这个问题，Java设计团队只好引入了一个不太优雅的设计：线程上下文类加载器（ThreadContextClassLoader）。

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。

第三次

由于用户对程序动态性的追求而导致，这里所说的“动态性”指的是当前一些非常“热门”的名词：代码热替换（HotSwap）、模块热部署（HotDeployment）等，说白了就是希望应用程序能像我们的计算机外设那样，接上鼠标、U盘，不用重启机器就能立即使用，鼠标有问题或要升级就换个鼠标，不用停机也不用重启。

目前OSGi已经成为了业界“事实上”的Java模块化标准，而OSGi实现模块化热部署的关键则是它自定义的类加载器机制的实现。每一个程序模块（OSGi中称为Bundle）都有一个自己的类加载器，当需要更换一个Bundle时，就把Bundle连同类加载器一起换掉以实现代码的热替换。

在OSGi环境下，类加载器不再是双亲委派模型中的树状结构，而是进一步发展为更加复杂的网状结构，当收到类加载请求时，OSGi将按照下面的顺序进行类搜索：

将以java.*开头的类委派给父类加载器加载。
否则，将委派列表名单内的类委派给父类加载器加载。
否则，将Import列表中的类委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载。
否则，查找当前Bundle的ClassPath，使用自己的类加载器加载。
否则，查找类是否在自己的FragmentBundle中，如果在，则委派给FragmentBundle的类加载器加载。
否则，查找DynamicImport列表的Bundle，委派给对应Bundle的类加载器加载。
否则，类查找失败。

上面的查找顺序中只有开头两点仍然符合双亲委派规则，其余的类查找都是在平级的类加载器中进行的。

这里“被破坏”并不带有贬义的感情色彩。只要有足够意义和理由，突破已有的原则就可认为是一种创新。在Java程序员中基本有一个共识：OSGi中对类加载器的使用是很值得学习的，弄懂了OSGi的实现，就可以算是掌握了类加载器的精髓。