jvm之类加载和双亲委派机制

喜欢ヅ旅行 2024-03-25 08:59 70阅读 0赞

## 从类加载到双亲委派机制 ##

### java程序运行过程 ###

public class TestDynamincLoaded {
        
    
      static {
        
        System.out.println("***** load test dynamic ");
      }
    
      public static void main(String[] args) {
        
        new A();
        System.out.println("***** load test *****");
        B b = null;
      }
    
    }
    
    class A {
        
      static {
        
        System.out.println("**** load A ****");
      }
    }
    
    class B {
        
      static {
        
        System.out.println("**** load B ****");
      }
    }

运行结果如下：  
![在这里插入图片描述][0c7addaf18fe414e91a4591365e4fd71.png]

说明了JVM的类加载是懒加载，也就是用到了某个类时才会去加载这个类。**jar包或war包里的类不是一次性全部加载的，是使用到时才加载。**  
此程序运行过程分为如下几个过程：

1.  调用dll创建java虚拟机；
2.  创建bootstrap class loader，由于是c++创建的，器parent属性为null；
3.  创建JVM启动Launcher，Launcher中会创建AppClassLoader和ExtClassLoader；
4.  获取要运行的类的实例 加载 要运行的类；通过调用loadClass方法加载类；
5.  加载完成后会执行main方法；
6.  查询运行完后会销毁JVN；  
    到此，这个程序就运行结束了。  
    ![在这里插入图片描述][fe0e454396d4494daff5e53d3b49fd20.png]  
    上图中的类加载过程分为如下几个步骤：  
    加载—>验证—>准备—>解析—>初始化—>使用–>卸载

*  加载：通过IO流加载字节码文件；在加载阶段会在内存中生成一个代表这个类的Java.lang.Class对象，作为方法区的这个类的各种数据的访问入口；
 *  验证：校验字节码文件的正确性，比如字节码文件的格式；
 *  准备：给类的静态变量分配内存并赋予默认值；
 *  解析：将符号引用替换为直接引用，该阶段会把一些静态方法(符号引用，比如main()方法)替换为指向数据所存内存的指针或句柄等(直接引用)，这是所谓的静态链接过程(类加载期间完成)，动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用；
 *  初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块；

类被加载到方法区中后主要包含 运行时常量池、类型信息、字段信息、方法信息、类加载器的引用、对应class实例的引用等信息。类加载器的引用：这个类到类加载器实例的引用对应class实例的引用：类加载器在加载类信息放到方法区中后，会创建一个对应的Class 类型的对象实例放到堆(Heap)中, 作为开发人员访问方法区中类定义的入口和切入点。

### 类加载器和双亲委派机制 ###

类加载过程主要是通过类加载器来实现的，Java里有如下几种类加载器：

*  引导类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库，比如 rt.jar、charsets.jar等；
 *  扩展类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR 类包；
 *  应用程序类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载你自己写的那 些类；
 *  自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包；

示例：

public class TestJDKClassLoader {
        
    
      public static void main(String[] args) {
        
        //java的核心类库是由BootStrapClassLoader加载的， BootStrapClassLoader是由c++创建的，所以返回null
        System.out.println(String.class.getClassLoader());
        //ExtClassLoader加载的
        System.out.println(DESKeyFactory.class.getClassLoader());
        //AppClassLoader
        System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader());
    
        System.out.println("=================");
    
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
        ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
    
        System.out.println("the bootstrapClassLoader " + bootstrapClassLoader);
        System.out.println("the extClassLoader " + extClassLoader);
        System.out.println("the appClassLoader " + appClassLoader);
    
        System.out.println("=========使用bootStrapLoader加载以下文件========");
        URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (int i = 0; i < urLs.length; i++) {
        
          System.out.println(urLs[i]);
        }
        
        System.out.println("========使用extClassLoader加载以下文件=========");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
    
        System.out.println("=========appClassLoader加载文件===============");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
      }
    }

JVM类加载器的层级结构如下：  
![在这里插入图片描述][721e3fbce26a461cb853f1e0d26fc2f7.png]  
这里类加载其实就有一个双亲委派机制，加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类，找不到再  
委托上层父加载器加载，如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的  
类加载路径中查找并载入目标类。比如我们的Math类，最先会找应用程序类加载器加载，应用程序类加载器会先委托扩展类加载器加载，扩展类加载器再委托引导类加载器，顶层引导类加载器在自己的类加载路径里找了半天没找到Math类，则向下退回加载Math类的请求，扩展类加载器收到回复就自己加载，在自己的类加载路径里找了半天也没找到Math类，又向下退回Math类的加载请求给应用程序类加载器，应用程序类加载器于是在自己的类加载路径里找Math类，结果找到了就自己加载了。  
双亲委派机制说简单点就是，**先找父亲加载，不行再由儿子自己加载。**

双亲委派机制存在的意义：

*  沙箱安全机制，自己写的Java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心API库被修改；
 *  避免类的重复加载：如果父类加载器已经加载了某个类，子类加载器就没有必要再去加载一遍；

#### 自定义类加载器示例 ####

/**
     * 自定义类加载器，重写findClass方法
     */
    public class MyClassLoader extends ClassLoader{
        
    
        private String classPath;
        
        public MyClassLoader(String classPath) {
        
            this.classPath = classPath;
        }
    
        @Override
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        
            try {
        
                byte[] data = loadByte(name);
                return defineClass(name, data, 0 , data.length);
            } catch (Exception e) {
        
                throw new ClassNotFoundException(e.getMessage() + e.getCause());
            }
        }
        
        private byte[] loadByte(String name) throws IOException {
        
            name = name.replaceAll("\\.", "/");
            FileInputStream inputStream = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
            int len = inputStream.available();
            byte[] data = new byte[len];
            inputStream.read(data);
            inputStream.close();
            return data;
        }
    }

public class User {
        
        public void sout() {
        
            System.out.println("==============自定义类加载器============");
        }
    }

public class MyClassLoaderTest {
        
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        
            MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("D:/test");
            //需要在指定目录下放置User类编译后的class文件
            Class clazz = myClassLoader.loadClass("User");
            Object o = clazz.newInstance();
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
            method.invoke(o, null);
            System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
        }
    }

这里需要注意的是：如果程序编译后的User class文件没有删除，那么最后的输出结果会是AppClassLoader，这是因为AppClassLoader已经加载了程序生成的User class文件。  
![在这里插入图片描述][eed190158fde42d680240b2cee187644.png]  
删除程序生成的User类的class文件，只保留test目录下的class文件，运行后的结果如下：  
![在这里插入图片描述][bf2352fc985a4b18b243dbf1f1707219.png]  
虽然我们自定义的类加载器继承的是ClassLoader，但是它的父类是AppClassLoader。

#### 打破双亲委派机制 ####

/**
     * 自定义类加载器
     */
    public class MyClassLoader extends ClassLoader {
        
    
        private String classPath;
    
        public MyClassLoader(String classPath) {
        
            this.classPath = classPath;
        }
    
        @Override
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        
            try {
        
                byte[] data = loadByte(name);
                return defineClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {
        
                throw new ClassNotFoundException(e.getMessage() + e.getCause());
            }
        }
    
        /**
         * 重写类加载方法，实现自己的加载逻辑，不委派给父类加载
         *
         * @param name
         * @param resolve
         * @return
         * @throws ClassNotFoundException
         */
        @Override
        protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        
            synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        
                Class<?> clazz = findLoadedClass(name);
    
                if (clazz == null) {
        
                    long t1 = System.nanoTime();
    
                    if (!name.startsWith("mytest")) {
        
                        //委派给父类加载
                        clazz = this.getParent().loadClass(name);
                    } else {
        
                        //以mytest开头的类使用自己的类加载器加载
                        clazz = findClass(name);
                    }
    
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().increment();
                }
    
                if (resolve) {
        
                    resolveClass(clazz);
                }
                return clazz;
            }
        }
        
        private byte[] loadByte(String name) throws IOException {
        
            name = name.replaceAll("\\.", "/");
            FileInputStream inputStream = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
            int len = inputStream.available();
            byte[] data = new byte[len];
            inputStream.read(data);
            inputStream.close();
            return data;
        }
    }

测试

public class MyClassLoaderTest {
        
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        
            MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("D:/");
            Class clazz = myClassLoader.loadClass("mytest.User1");
            Object o = clazz.newInstance();
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
            method.invoke(o, null);
    
            System.out.println(clazz.getClassLoader());
    
            System.out.println();
    
            MyClassLoader myClassLoader1 = new MyClassLoader("D:/");
            Class clazz1 = myClassLoader1.loadClass("mytest.User1");
            Object o1 = clazz1.newInstance();
            Method method1 = clazz1.getDeclaredMethod("sout", null);
            method1.invoke(o1, null);
    
            System.out.println(clazz1.getClassLoader());
        }
    }

结果如下：可以看到使用了我们自定义的加载器加载的User1的class文件，而原本应该是使用AppClassLoader加载的。  
![在这里插入图片描述][c6176438df484dd380684d58c70c94f9.png]

**同一个JVM内，两个相同包名和类名的类对象可以共存，因为他们的类加载器可以不一样，所以看两个类对象是否是同一个，除了看类的包名和类名是否都相同之外，还需要他们的类加载器也是同一个才能认为他们是同一个。**

#### Tomcat打破双亲委派机制 ####

1.  一个web容器可能需要部署两个应用程序，不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的  
    不同版本，不能要求同一个类库在同一个服务器只有一份，因此要保证每个应用程序的类库都是  
    独立的，保证相互隔离；
2.  部署在同一个web容器中相同的类库相同的版本可以共享。否则，如果服务器有10个应用程  
    序，那么要有10份相同的类库加载进虚拟机；
3.  web容器也有自己依赖的类库，不能与应用程序的类库混淆。基于安全考虑，应该让容器的  
    类库和程序的类库隔离开来；
4.  web容器要支持jsp的修改，我们知道，jsp 文件最终也是要编译成class文件才能在虚拟机中  
    运行，但程序运行后修改jsp已经是司空见惯的事情， web容器需要支持 jsp 修改后不用重启；

![在这里插入图片描述][752133e4c30f403889a0bd272678adf1.png]  
tomcat的几个主要类加载器：

*  commonLoader：Tomcat最基本的类加载器，加载路径中的class可以被Tomcat容器本身以及各个Webapp访问；
 *  catalinaLoader：Tomcat容器私有的类加载器，加载路径中的class对于Webapp不可见；
 *  sharedLoader：各个Webapp共享的类加载器，加载路径中的class对于所有Webapp可见，但是对于Tomcat容器不可见；
 *  WebappClassLoader：各个Webapp私有的类加载器，加载路径中的class只对当前Webapp可见，比如加载war包里相关的类，每个war包应用都有自己的WebappClassLoader，实现相互隔离，比如不同war包应用引入了不同的spring版本，这样实现就能加载各自的spring版本；

从图中的委派关系中可以看出：

*  CommonClassLoader能加载的类都可以被CatalinaClassLoader和SharedClassLoader使用，  
    从而实现了公有类库的共用，而CatalinaClassLoader和SharedClassLoader自己能加载的类则  
    与对方相互隔离；
 *  WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加载到的类，但各个WebAppClassLoader  
    实例之间相互隔离。而JasperLoader的加载范围仅仅是这个JSP文件所编译出来的那一个.Class文件，它出现的目的就是为了被丢弃：当Web容器检测到JSP文件被修改时，会替换掉目前的JasperLoader的实例，并通过再建立一个新的Jsp类加载器来实现JSP文件的热加载功能；

[0c7addaf18fe414e91a4591365e4fd71.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/76a2d14b307d41a49b0f4ac5c123350f.png
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