JVM初探（四）：类加载器

2024-04-11 08:58:19

一、概述

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。

对于类加载，我们关注两个方面的问题：

JVM定义的三个类加载器（Bootstrap，Extension，System）
双亲委派模型（机制，JDBC违背案例）

二、类加载器

JVM使用以下三种类型的类加载器：

启动类（Bootstrap）类加载器：

这个类存放在<JAVA_HOME>\lib目录中，无法被Java程序直接引用；
扩展（Extension）类加载器：

这个类加载器负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的所有类库，开发者可以直接使用；
引用程序（Application）类加载器：

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，负责加载用户类路径上所指定的类库。开发者可以直接使用。

从java虚拟机的角度来说，一种是启动类加载器，是JVM的一部分；另一种是其他类加载器，独立于JVM，全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader。只有其他类加载器程序员才能自己使用。

三、双亲委派模型

1.什么是双亲委派模型

JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。

通俗的讲，就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，然后父类加载器再委托给它的父类......以此类推，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。

只有父类加载器无法完成加载请求时，才会使用子类加载器去加载。

双亲委派模型的一个重要作用是为了保证类加载过程的安全性：

假设有一个开发者自己编写了一个名为 java.lang.Object的类，想借此欺骗JVM。现在他要使用自定义 ClassLoader来加载自己编写的 java.lang.Object类。

但是无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都会委派给启动类加载器进行加载，启动类加载器在其搜索范围内可以搜索到的只有rt.jar中的java.lang.Object类

这样就确保了Object类的唯一性，如果是String也是同理。

也因此，java判断类是否是同一个类，就是通过判断类的ClassLoader.class来判断的，举个简单的例子：只要不是一个爹妈生出来的，哪怕长的一模一样那也不是亲兄弟。

2.类的加载顺序

我们打开ClassLoader类，找到loadClass()方法，可以在注释上看到如何按顺序搜索类的：

*   Invoke {@link #findLoadedClass(String)} to check if the class
*   has already been loaded.  </p></li>
*
*   Invoke the {@link #loadClass(String) <tt>loadClass</tt>} method
*   on the parent class loader.  If the parent is <tt>null</tt> the class
*   loader built-in to the virtual machine is used, instead.  </p></li>
*
*   Invoke the {@link #findClass(String)} method to find the
*   class.

即：

使用findLoadedClass()方法检查类是否已经加载；
调用父类加载器的loaderCalss()方法。如果父类是null，就直接调用虚拟机内置的Bootstrap加载；
如果父类无法加载，使用自己findClass()加载。

我们再看一下loadClass()方法的源码，更直观的展示了双亲委派模型下是如何加载类的：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException {
    //线程安全，保证只有一个线程能对类初始化
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        //1.检查类是否已经被加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                //2.如果没有被加载，判断是否存在父类加载器
                if (parent != null) {
                    //3.有就递归委派给父类加载器加载
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    //4.否则就使用启动类加载器
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // 如果到了启动类加载器还找不到类，则抛出ClassNotFoundException
            }
		
            //如果父类加载器无法加载，就使用自身的findClass加载
            if (c == null) {
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);

                // this is the defining class loader; record the stats
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

这里就是为什么JDK在我们自定义类加载器的时候不推荐重写loadClass()只让我们重写findClass()方法的原因了，因为如果重写了方法，却不遵守双亲委派模型，就有可能导致不可预料的后果。

当然，不推荐归不推荐，如果有必要的话仍然可以重写loadClass()方法，比如JDBC、JNDI就打破了双亲委派模型。

3.三种类加载器的关系

我们运行一下以下代码：

public static void main( String[] args ) {
    System.out.println("应用程序加载器："+ClassLoader.getSystemClassLoader());
    System.out.println("应用程序加载器的父类："+ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());
    System.out.println("扩展加载器的父类："+ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getParent());
}

//输出结果
应用程序加载器：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
应用程序加载器的父类：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44
扩展加载器的父类：null

由于启动类加载器是jvm内置的，我们无法直接调用，所以返回值是null。

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