jvm之类加载和双亲委派机制 喜欢ヅ旅行 2024-03-25 08:59 31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 [fe0e454396d4494daff5e53d3b49fd20.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/61fe618a0a2b45fc805be2f1a3874524.png [721e3fbce26a461cb853f1e0d26fc2f7.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/9fed8a77d3104468adfdf2d91d12407f.png [eed190158fde42d680240b2cee187644.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/ea169f9ff5f64aa2a27ba08efe4d3ed8.png [bf2352fc985a4b18b243dbf1f1707219.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/df035b72272f430db8c4ac5a7840e991.png [c6176438df484dd380684d58c70c94f9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/51fc65c785f046ae9f7b412f39484a51.png [752133e4c30f403889a0bd272678adf1.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/2b1354b2f5a64cd78054defb7cf990bf.png
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