快捷導(dǎo)航

java中類加載與雙親委派機(jī)制詳解

更新時(shí)間：2022年08月19日 09:09:05 作者：超的博客

這篇文章主要介紹了java中類加載與雙親委派機(jī)制詳解，文章圍繞主題展開(kāi)詳細(xì)的內(nèi)容介紹，具有一定的參考價(jià)值，需要的小伙伴可以參考一下

類加載是什么

把磁盤(pán)中的java文件加載到內(nèi)存中的過(guò)程叫做類加載

當(dāng)我們用java命令運(yùn)行某個(gè)類的main函數(shù)啟動(dòng)程序時(shí)，首先需要通過(guò)類加載器把主類加載到JVM. 有如下 User 類

package dc.dccmmtop;
public Class User {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello");
    }
}

運(yùn)行 java dc.dccmmtop.User 時(shí)，先要找到 User.Class 文件，查找全路徑就是 Class_PATH + {{package name}}，對(duì)于User類來(lái)說(shuō)，就是 {$Class_APTH}/dc/dccmmtop.User.Class

假如 User.java 在F:\code, 并且不在Class_PATH 下，可以通過(guò) java -Classpath "F:\code" 臨時(shí)指定。

加載類之后還有后續(xù)的步驟:

驗(yàn)證
準(zhǔn)備
解析
初始化
使用
卸載

這篇文章主要來(lái)講講類加載

類加載器

不了解類加載機(jī)制的，可能就認(rèn)為，只需找到j(luò)ava文件所在的磁盤(pán)位置，然后進(jìn)行一次讀文件的操作不就完成了加載嘛，其實(shí)遠(yuǎn)非如此。

總有一個(gè)加載類的工具，這個(gè)工具叫做類加載器，在java代碼中可以通過(guò)如下方式獲取當(dāng)前類的類加載器是什么

package dccmmtop;  
  
public Class User {  
    public static void main(String[] args) {  
        System.out.println("hello");  
        System.out.println(User.Class.getClassLoader()); 
    }  
}

如圖可以看到類加載器的名字叫做 AppClassLoader

我們?nèi)炙阉饕幌逻@個(gè)類，會(huì)發(fā)現(xiàn)在 sun.misc.Launcher.java 文件中找到。

那么這個(gè)AppClassLoader 本身也是一個(gè) java 文件，它又是什么時(shí)候被加載并初始化的呢？

我們滾動(dòng)到文件頂部，看到 Launcher 類的構(gòu)造方法部分：

標(biāo)記1 和標(biāo)記2 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)單例模式，在5 處獲取到了 AppClassLoader 實(shí)例。也就是說(shuō)在某一個(gè)地方通過(guò)調(diào)用 Launcher 類中的 getLauncher() 方法，會(huì)得到 AppClassLoader 實(shí)例，那么 getLauncher() 方法又是在哪里調(diào)用的呢？追蹤到這里已經(jīng)無(wú)法在java代碼中找到上一步了，其實(shí)這個(gè)方法是jvm (c++實(shí)現(xiàn))調(diào)用的，如下圖:

以上就是類加載的主要步驟了。下面看一下雙親委派機(jī)制

雙親委派機(jī)制

我們繼續(xù)看AppClassLoader 實(shí)例化的過(guò)程：

在5處，實(shí)例化了一個(gè)AppClassLoader的對(duì)象，同時(shí)傳進(jìn)去了一個(gè)參數(shù) var1, 這個(gè) var1 是另外一個(gè)類加載器ExtClassLoader , 我們?cè)谶M(jìn)入 getAppClassLoader 方法看一看是怎么實(shí)現(xiàn)的：

先看一下幾個(gè)ClassLoad的繼承關(guān)系：

有上面的繼承關(guān)系圖可以看出來(lái)，AppClassLoader 和 ExtClassLoader 都是從 ClassLoader 繼承來(lái)的。

在 Launcher() 中可知，調(diào)用 AppClassLoader.getAppClassLoader() 方法時(shí)，把 ExtClassLoader 的實(shí)例作為參數(shù)傳遞進(jìn)來(lái)，最終到4這一步，作為 var2 參數(shù)，調(diào)用父類的構(gòu)造方法，繼續(xù)追蹤父類的構(gòu)造方法直到 ClassLoader :

在 ClassLoader 構(gòu)造方法中，維護(hù)了一個(gè) parent 變量，到此我們知道了 AppClassLoader 中 parent 變量保存的是 ExtClassLoader的實(shí)例, 如下圖表示

繼續(xù)看Launcher 構(gòu)造方法：

loadClass() 方法將 Class 文件加載到j(luò)vm中，我們跟蹤一下這個(gè)方法，會(huì)發(fā)現(xiàn)最后會(huì)調(diào)到根類ClassLoader 中：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)  
    throws ClassNotFoundException  
{  
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {  
        // First, check if the Class has already been loaded  
        Class<?> c = findLoadedClass(name);  
        if (c == null) {  
            long t0 = System.nanoTime();  
            try {  
                if (parent != null) {  
                    c = parent.loadClass(name, false);  
                } else {  
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);  
                }  
            } catch (ClassNotFoundException e) {  
                // ClassNotFoundException thrown if Class not found  
                // from the non-null parent Class loader            }  
  
            if (c == null) {  
                // If still not found, then invoke findClass in order  
                // to find the Class.                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;  
    }  
}

上面代碼塊中的弟6行，findLoadedClass() , 先從已加載到的類集合中查找有沒(méi)有這個(gè)類，如果有的話，直接返回，沒(méi)有再進(jìn)行下一步, findLoadedClass 方法源碼如下：

到 native finnal Class<?> findLoadedClass0(String name); 這里已經(jīng)無(wú)法在向后追蹤了，看到 naive ,要明白使用native關(guān)鍵字說(shuō)明這個(gè)方法是原生函數(shù)，也就是這個(gè)方法是用C/C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，并且被編譯成了DLL，由java去調(diào)用.

此時(shí) User.Class 是第一次加載，AppClassLoader 中肯定無(wú)法在已加載的集合中找到，所以繼續(xù)向下走到第 10，11 行. 上面已經(jīng)分析過(guò)，AppClassLoader 中的 parent 是 ExtClassLoader , 所以在11行由 ExtClassLoader 的實(shí)例執(zhí)行 laodClass 方法。 ExtClassLoader 沒(méi)有覆寫(xiě)根類ClassLoader 的loaderClass 方法，所以也會(huì)到這里，只不過(guò) ExtClassLoader 的 parent 是 NUll，會(huì)走到13行，調(diào)用findBootstrapClassOrNull() 方法，再看一下這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn):

會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)方法也是C++實(shí)現(xiàn)的，雖然我們無(wú)法看到源碼，但是根據(jù)注釋可以知道，這個(gè)是保存了啟動(dòng)類加載器加載過(guò)的類。

到此為止，我們已經(jīng)見(jiàn)識(shí)過(guò)3中不同的類加載器了：

AppClassLoader
ExtClassLoader
BootStrapClassLoader

我們先不管這個(gè)后面兩個(gè)類加載器是什么，假定他們也找不到 User.Class. 繼續(xù)向下看：

執(zhí)行到第21行findClas()這里，再看源碼

在A-2 這一步，ucp 其實(shí)保存的就是當(dāng)前 ClassLoader 的類加載路徑，就不再展開(kāi)。要記住此時(shí)的 ClassLoader 是 ExtClassLoader, 假如仍然找不到User.Class 會(huì)執(zhí)行到 A-3.然后返回到 loadClass 方法中，此時(shí) c 是空，繼續(xù)執(zhí)行到33行，返回到 AppClassLoader 調(diào)用 parent.getAppClassLoader 處，在 AppClassLoader 實(shí)例的范圍下繼續(xù)向后執(zhí)行，然后再繼續(xù)調(diào)用 findClass 方法，如果在AppClassLoader的類加載路徑中找到User.Class 文件，就會(huì) 執(zhí)行 defindClass(name,res) 方法去加載類文件了。

整個(gè)過(guò)程用文字描述起來(lái)比較復(fù)雜，來(lái)張圖就很清楚了，為什么叫做雙親委派：

把 loadedClassList 集合稱作緩存：

先在 AppClassLoader 中緩存中找，如果找不到向 ExtClassLoader 找，如果能找到，直接返回
在 ExtClassLoader 中緩存找，如果找不到向 BootStrapClassLoader 找，如果能找到，直接返回
在 BootStrapClassLoader 找，如果找不到，在 ExtClassLoader 類路徑集合中找，
如果在 ExtClassLoader 類路徑集合找不到，在 AppClassLoader 類路徑集合找
如果在 AppClassLoader 類路徑集合中能找到，加載該類，并放入緩存。找不到則報(bào)錯(cuò)

雙親指的是 ExtClassLoader 和 BootStrapClassLoader， AppClassLoader 先不加載，而是向上讓其“父”加載，父加載不到時(shí)，自己再加載。這里的父不是父類，而是調(diào)用層級(jí)的關(guān)系。

是時(shí)候介紹一下這三個(gè)類加載器

BootStrapClassLoader

引導(dǎo)類加載器

負(fù)責(zé)加載支撐JVM運(yùn)行的位于JRE的lib目錄下的核心類庫(kù)，比如 rt.jar、charsets.jar等

ExtClassLoader

擴(kuò)展類加載器

負(fù)責(zé)加載支撐JVM運(yùn)行的位于JRE的lib目錄下的ext擴(kuò)展目錄中的JAR 類包

AppClassLoader

應(yīng)用程序加載器

負(fù)責(zé)加載ClassPath路徑下的類包，主要就是加載你自己寫(xiě)的那些類

我們可以寫(xiě)代碼驗(yàn)證一下:

package dccmmtop;  
import sun.misc.Launcher;  
import java.net.URL;  
public Class User {  
    public static void main(String[] args) {  
        System.out.println(String.Class.getClassLoader()); // null  
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.Class.getClassLoader().getClass().getName()); //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader  
        System.out.println(User.Class.getClassLoader().getClass().getName()); // sun.misc.Launcher$AppClassLoader
        System.out.println();  
        System.out.println("bootstrapLoader加載以下文件：");
        URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
            System.out.println(urls[i]);
        }
        System.out.println();
        System.out.println("extClassloader加載以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
        System.out.println();
        System.out.println("appClassLoader加載以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.Class.path")); 
    }
}

輸入如下:

null // 因?yàn)檎{(diào)用了 c++ 實(shí)現(xiàn)。無(wú)法獲取到j(luò)ava對(duì)象
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader

the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@77459877
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

bootstrapLoader加載以下文件：
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/Classes

extClassloader加載以下文件：
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext;C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext

appClassLoader加載以下文件：
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\jaccess.jar;...省略

為什么使用雙親委派機(jī)制

沙箱安全機(jī)制： 自己寫(xiě)的java.lang.String.Class類不會(huì)被加載，這樣便可以防止核心 API庫(kù)被隨意篡改
避免類的重復(fù)加載：當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類時(shí)，就沒(méi)有必要子ClassLoader再加載一次，保證被加載類的唯一性

全盤(pán)負(fù)責(zé)委托機(jī)制

“全盤(pán)負(fù)責(zé)”是指當(dāng)一個(gè)ClassLoder裝載一個(gè)類時(shí)，除非顯示的使用另外一個(gè)ClassLoder，該類
所依賴及引用的類也由這個(gè)ClassLoder載入

自定義類加載器

從上述源碼的描述可知，類加載器的核心方法是 findClass , 和 defineClass 。

defindClass 將class文件從磁盤(pán)加載文件到內(nèi)存，defineClass 開(kāi)始解析class文件:

所以自定義類加載器只需繼承 ClassLoader，然后從寫(xiě) findClass 文件就行了：

目錄如下:

App.java:

import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;

public class App {
    static class MyClassLoader extends ClassLoader {
        private String classPath;

        public MyClassLoader(String classPath) {
            this.classPath = classPath;
        }

        // 從磁盤(pán)加載文件
        private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
            name = name.replaceAll("\\.", "/");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
            int len = fis.available();
            byte[] data = new byte[len];
            fis.read(data);
            fis.close();
            return data;
        }

        // 重寫(xiě)
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try {
                byte[] data = loadByte(name);
                // defineClass將一個(gè)字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)為Class對(duì)象，這個(gè)字節(jié)數(shù)組是class文件讀取后最終的字節(jié) 數(shù)組。
                return defieClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException();
            }
        }
    }
    public static void main(String args[]) throws Exception {
        // 初始化自定義類加載器，會(huì)先初始化父類ClassLoader，其中會(huì)把自定義類加載器的父加載 器設(shè)置為應(yīng)用程序類加載器AppClassLoader
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/dc_code/java"); // D盤(pán)創(chuàng)建
        // 創(chuàng)建 io/dc 幾級(jí)目錄，將User類的復(fù)制類User.class丟入該目錄
        Class clazz = classLoader.loadClass("io.dc.User");
        Object obj = clazz.newInstance();
        // 使用反射調(diào)用 User 類的 sout 方法
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}

打破雙親委派機(jī)制

經(jīng)過(guò)上面的源碼分析發(fā)現(xiàn)，主要是 ClassLoader 類中的laodClass 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的雙親委派機(jī)制，自己不加載而是先讓其父加載。

所以直接復(fù)寫(xiě) loadClass 方法即可，不再指定父級(jí)加載，當(dāng)前類直接加載，如下:

import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;

public class App {
    static class MyClassLoader extends ClassLoader {
        private String classPath;

        public MyClassLoader(String classPath) {
            this.classPath = classPath;
        }

        // 從磁盤(pán)加載文件
        private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
            name = name.replaceAll("\\.", "/");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
            int len = fis.available();
            byte[] data = new byte[len];
            fis.read(data);
            fis.close();
            return data;
        }

        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try {
                byte[] data = loadByte(name);
                // defineClass將一個(gè)字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)為Class對(duì)象，這個(gè)字節(jié)數(shù)組是class文件讀取后最終的字節(jié) 數(shù)組。
                return defineClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException();
            }
        }

        protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {

            synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
                // First, check if the class has already been loaded
                Class<?> c = findLoadedClass(name);
                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    if (name.startsWith("io.dc")) {
                        // 直接查找, 限定包名
                        c = findClass(name);
                    } else {
                        // 其他包中的類還是使用雙親委派機(jī)制
                        // 否則會(huì)報(bào)找不到 Object 類
                        c = this.getParent().loadClass(name);
                    }
                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
                if (resolve) {
                    resolveClass(c);
                }
                return c;
            }
        }
    }

    public static void main(String args[]) throws Exception {
        // 初始化自定義類加載器，會(huì)先初始化父類ClassLoader，其中會(huì)把自定義類加載器的父加載 器設(shè)置為應(yīng)用程序類加載器AppClassLoader
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/dc_code/java"); // D盤(pán)創(chuàng)建
        // 創(chuàng)建 io/dc 幾級(jí)目錄，將User類的復(fù)制類User.class丟入該目錄
        Class clazz = classLoader.loadClass("io.dc.User");
        Object obj = clazz.newInstance();
        // 使用反射調(diào)用 User 類的 sout 方法
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}

到此這篇關(guān)于java中類加載與雙親委派機(jī)制詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java類加載內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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