类装载器

电玩女神 2023-06-24 14:24 14阅读 0赞

# 一、类的生命周期 #

类从被加载到虚拟机内存中开始，直到从内存中卸载为止，它的整个生命周期包括了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中，验证、准备和解析这三个部分统称为链接（linking）。

graph LR
    A[加载] --> B[验证]
    B --> C[准备]
    C --> D[解析]
    D --> E[初始化]
    E --> F[使用]
    F --> G[卸载]

# 二、类装载验证流程 #

> 1.  加载

1.  装载类的第一个阶段
2.  取得类的二进制流
3.  转为方法区数据结构
4.  在Java堆中生成对应的java.lang.Class对象

> 1.  链接

1.  验证（目的：保证Class流的格式是正确的）
    
     *  文件格式的验证
        
         *  是否以0xCAFEBABE开头
         *  版本号是否合理
     *  元数据验证
        
         *  是否有父类
         *  继承了final类？
         *  非抽象类实现了所有的抽象方法？
     *  字节码验证 (很复杂)
        
         *  运行检查
         *  栈数据类型和操作码数据参数吻合？
         *  跳转指令指定到合理的位置？
     *  符号引用验证
        
         *  常量池中描述类是否存在
         *  访问的方法或字段是否存在且有足够的权限
2.  准备

分配内存，并为类设置初始值 （方法区中）

public static int v=1;
    在准备阶段中，v会被设置为0
    在初始化的<clinit>中才会被设置为1
    对于static final类型，在准备阶段就会被赋上正确的值
    public static final  int v=1;

1.  解析  
    符号引用（字符串引用对象不一定被加载）替换为直接引用（指针或者地址偏移量，引用对象一定存在内存）

> 1.  初始化

1.  执行类构造器
    
    1.  static变量 赋值语句
    2.  static\{\}语句
2.  子类的调用前保证父类的被调用
3.  是线程安全的

> 4.思考

Java.lang.NoSuchFieldError错误可能在什么阶段抛出 ?

答：在链接-验证阶段的符号引用验证会验证访问的方法或字段是否存在且有足够的权限，所以是在链接-验证阶段会爆出这个错误

# 三、类装载器ClassLoader #

> 1.  ClassLoader简述

1.  ClassLoader是一个抽象类，负责类装载过程中的加载阶段
2.  ClassLoader实例会读入java字节码，将类装载到JVM中
3.  ClassLoader会将Class字节码重新解析成JVM统一要求的对象格式
4.  ClassLoader可以定制，满足不同的字节码流获取方式

> 1.  ClassLoader中重要的方法

//载入并返回一个Class
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException
    
    //定义一个类，不公开调用
    protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len)
    
    //loadClass回调该方法，自定义ClassLoader的推荐做法
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
    
    //寻找已经加载的类
    protected final Class<?> findLoadedClass(String name)

> 1.  ClassLoader分类

1.  BootStrap ClassLoader （启动ClassLoader）
2.  Extension ClassLoader （扩展ClassLoader）
3.  App ClassLoader（应用ClassLoader/系统ClassLoader）
4.  Custom ClassLoader(自定义ClassLoader)
5.  JDK中ClassLoader的默认设计模式为双亲委派模式  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
    ClassLoader使用的是双亲委托机制来搜索加载类的，每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用（不是继承的关系，是一个组合的关系），虚拟机内置的类加载器（Bootstrap ClassLoader）本身没有父类加载器，但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。当一个ClassLoader实例需要加载某个类时，它会试图亲自搜索某个类之前，先把这个任务委托给它的父类加载器，这个过程是由上至下依次检查的，首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载，如果没加载到，则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载，如果也没加载到，则转交给App ClassLoader 进行加载，如果它也没有加载得到的话，则返回给委托的发起者，由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。如果它们都没有加载到这个类时，则抛出ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义，并将它加载到内存当中，最后返回这个类在内存中的Class实例对象。

因为这样可以避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要 ClassLoader再加载一次。考虑到安全因素，我们试想一下，如果不使用这种委托模式，那我们就可以随时使用自定义的String来动态替代java核心api中定义的类型，这样会存在非常大的安全隐患，而双亲委托的方式，就可以避免这种情况，因为String已经在启动时就被引导类加载器（Bootstrcp ClassLoader）加载，所以用户自定义的ClassLoader永远也无法加载一个自己写的String，除非你改变JDK中ClassLoader搜索类的默认算法。

1.  解决

/** 上下文加载器 * 是一个角色 * 用以解决顶层ClassLoader无法访问底层ClassLoader的类的问题 * 基本思想是，在顶层ClassLoader中，传入底层ClassLoader的实例 */
    Thread. setContextClassLoader()

> 1.  ClassLoader的双亲模式的打破方法

1.  双亲模式是默认的模式，但不是必须这么做
2.  Tomcat的WebappClassLoader 就会先加载自己的Class，找不到再委托parent
3.  OSGi的ClassLoader形成网状结构，根据需要自由加载Class
4.  OrderClassLoader的部分实现

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { 
        // First, check if the class has already been loaded
        Class re=findClass(name);
        if(re==null){ 
            System.out.println(“无法载入类:”+name+“ 需要请求父加载器");
            return super.loadClass(name,resolve);
        }
        return re;
    }
    
    protected Class<?> findClass(String className) throws ClassNotFoundException { 
    Class clazz = this.findLoadedClass(className);
    if (null == clazz) { 
        try { 
            String classFile = getClassFile(className);
            FileInputStream fis = new FileInputStream(classFile);
            FileChannel fileC = fis.getChannel();
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            WritableByteChannel outC = Channels.newChannel(baos);
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
             省略部分代码
            fis.close();
            byte[] bytes = baos.toByteArray();
    
            clazz = defineClass(className, bytes, 0, bytes.length);
        } catch (FileNotFoundException e) { 
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) { 
            e.printStackTrace();
        }
    }
    return clazz;
    }
    
    //应用
    OrderClassLoader myLoader=new OrderClassLoader("D:/tmp/clz/");
    Class clz=myLoader.loadClass("geym.jvm.ch6.classloader.DemoA");
    System.out.println(clz.getClassLoader());
    
    System.out.println("==== Class Loader Tree ====");
    ClassLoader cl=myLoader;
    while(cl!=null){ 
        System.out.println(cl);
        cl=cl.getParent();
    }
    
    //出现的错误

# 四、热替换 #

当一个class被替换后，系统无需重启，替换的类立即生效。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191223174113726.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70