Java利用ClassLoader实现类的热加载和卸载

你的名字 2023-07-22 12:23 4阅读 0赞

最近做项目的时候遇到这个问题，就是在服务器不重启的情况下实现版本替换，即项目中一部分的类需要实时替换，甚至，对利用动态编译去生成很多临时类；

那就需要解决两个问题：  
1.如何实现类的动态替换  
2.如何实现类的卸载

当然，关于类的动态编译，我会在今后的文章中写出；

一、实现类的动态替换：  
首先，同名同包的类，在静态编译的时候是肯定无法通过的，在运行时也一定不行；这是为什么呢？  
因为，所有的类，在未实现自定义ClassLoader的时候，都会由系统提供的三个ClassLoader来加载，分别是：

BootstrapClassLoader：  
Java本地类，在Java语言层面是透明的，由C++实现（仅这个），负责加载JVM自身需要的类，这些类放在 <JAVA\_HOME>/lib路径下的核心类库或-Xbootclasspath参数指定的路径下的jar包内，并根据文件名识别jar包，如rt.jar..出于安全考虑，BootstrapClassLoader只加载包名为java、javax、sun等开头的类。

ExtensionClassLoader：  
它负责加载<JAVA\_HOME>/lib/ext目录下或者由系统变量-Djava.ext.dir指定位路径中的类库，开发者可以直接使用标准扩展类加载器

AppClassLoader：  
它负责加载系统类路径java -classpath或-D java.class.path 指定路径下的类库，也就是我们经常用到的classpath路径

类的加载采用按需加载和双亲委托的机制，什么意思呢?  
当一个类需要被加载时，JVM才会将.class读取进内存，进行之后的加载操作；  
双亲委托是指，当前的classloader会找自身这个类是否被加载，找到就返回；如果没找到，会向它的父加载器查询是否被加载，直到找到BootstrapClassLoader仍未加载时，向下返回，返回到初始调用的classloader，加载该类；

理解了这个机制，当我们需要动态加载一个类时，当前的classloader会去寻找该类是否被加载，由于在服务器运行过程中，需要替换的类已经被加载，从双亲委托的角度看，这个类已经被加载，在加载就会报错。

有没有办法绕过双亲委托机制呢？

简单啊！

我们自定义一个类加载器，同时不指定它的父加载器，一个classloader只负责加载一个类，那么当新的类需要加载时，我们为其生成一个新的classloader即可；

可能细心的读者会问了，那新的类是加载进去了，旧的类怎么办啊，如果我不断有新的类加载，不一样会导致内存占用吗？

这就涉及类的卸载了：

二、类的卸载  
在Java中，每个类都有相应的classloader，同样的，每个实例对象也会有相应的类，当满足如下三个条件是，gc就会卸载这个类：  
1.该类所有实例对象不可达  
2.该类的Class对象不可达  
3.该类的ClassLoader不可达  
下面我将详细解答：  
由于每个对象都有相应的Class对象，所以当该类仍有实例的时候，是无法卸载的，因为此时Class对象仍可达；  
对于ClassLoader对象，留意双亲委托机制中，每个ClassLoader都会记录自身已加载的类信息，所以如果ClassLoader可达，那么Class对象仍是可达的，这就解释了为什么我们为什么需要自定义ClassLoader，因为系统的ClassLoader永远是可达的，他们加载的类在运行时永远不会被卸载；  
那现在问题就简单了，我们在加载类的方法时，定义一个临时的ClassLoader，返回结果为Class对象，当这个方法结束后，就仅有该Class对象可以获取到这个ClassLoader；也就是说，当该类的所有实例对象都被gc后，就仅有Class对象可以获得这个ClassLoader了，当我们把这个Class置为空并进行gc后，这个类就会被卸载；

三.类的监控  
说了这么多，我们有没有什么方法能够监控JVM的加载和卸载过程呢？  
其实很简单，只需在JVM的启动参数中加上几行配置即可：  
\-verbose:class 用于同时跟踪类的加载和卸载  
\-XX:+TraceClassLoading 单独跟踪类的加载  
\-XX:+TraceClassUnloading 单独跟踪类的卸载

代码如下：使用JVM参数：-verbose:class  
// 死循环模拟生产环境  
while (true)\{  
// 定义一个匿名类加载器，指定类的父加载器为空，绕过双亲委托机制  
ClassLoader loader = new ClassLoader(null) \{  
//重写 findClass方法，加载指定文件，这个部分你可以自由发挥  
@Override  
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException \{  
File classFile = new File("d://Sample.class");  
ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();  
try \{  
InputStream stream = new FileInputStream(classFile);  
int b = 0;  
while((b = stream.read())!=-1)\{  
outputStream.write(b);  
\}  
\} catch (IOException e) \{  
e.printStackTrace();  
\}  
byte\[\] bytes = outputStream.toByteArray();  
return super.defineClass("com.sun.InterfaceFactory.Sample", bytes, 0, bytes.length);  
\}  
\};  
// 加载需要的类  
Class c = loader.loadClass("");

c = null;
            System.out.println("gc1");
            System.gc();
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            loader = null;
            System.out.println("gc2");
            System.gc();
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

输出结果：  
\[Loaded com.sun.InterfaceFactory.Sample from **JVM\_DefineClass**\]  
gc1  
gc2  
\[Unloading class com.sun.InterfaceFactory.Sample 0x00000007c0094828\]  
\[Loaded com.sun.InterfaceFactory.Sample from **JVM\_DefineClass**\]  
gc1  
gc2  
\[Unloading class com.sun.InterfaceFactory.Sample 0x00000007c0094828\]  
.....

参考：

[https://blog.csdn.net/chaofanwei2/article/details/51298818][https_blog.csdn.net_chaofanwei2_article_details_51298818]

[https_blog.csdn.net_chaofanwei2_article_details_51298818]: https://blog.csdn.net/chaofanwei2/article/details/51298818