以下文章都是基于JDK1.8環(huán)境

一、類(lèi)的加載過(guò)程

JDK8引用的都是jar包

JDK11引用的都是model

我們編寫(xiě)的".java"文件需要通過(guò)javac編譯成".class"文件，而程序運(yùn)行時(shí)，JVM會(huì)把".class"文件加載到內(nèi)存中，并創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的class對(duì)象，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為類(lèi)的加載。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：將class文件讀入內(nèi)存，并為之創(chuàng)建一個(gè)Class對(duì)象。

JVM運(yùn)行的是class文件，不單單是java語(yǔ)言，無(wú)論哪種語(yǔ)言編寫(xiě)的，只要文件是.class類(lèi)型的，就能夠在JVM上運(yùn)行。

學(xué)習(xí)類(lèi)加載器的目的：使用類(lèi)加載器可以讓我們得代碼7*24小時(shí)，不間斷地運(yùn)行。即修改代碼后無(wú)需重啟就能生效，類(lèi)似于熱部署。

二、默認(rèn)的類(lèi)加載器

JVM通過(guò)類(lèi)加載器把“.class”文件加載到內(nèi)存中，默認(rèn)有 3 個(gè)類(lèi)加載器，分別是：

• Bootstrap ClassLoader     啟動(dòng)類(lèi)加載器
• ExtClassLoader               擴(kuò)展類(lèi)加載器
• AppClassLoader              系統(tǒng)類(lèi)加載器(應(yīng)用類(lèi)加載器)

三個(gè)類(lèi)加載器各有不同的作用

(一)Bootstrap ClassLoader1.基本介紹

作用：加載JDK核心類(lèi)庫(kù)（String，Integer，Long，ArrayList等等）

方式：加載某個(gè)類(lèi)時(shí)，在指定的路徑中（Jar包或文件夾）搜索這個(gè)類(lèi)，如果搜到就加載，如果沒(méi)搜到，報(bào)：ClassNotFoundException

搜索路徑：由 sun.boot.class.path 所指定的，比如：%JRE_HOME%\jre\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，也就是JDK核心類(lèi)庫(kù)，其中 rt.jar 里面就存放著常用的 JAVA API

代碼演示：

public static void main(String[] args) {
    // 輸出String類(lèi)是被哪個(gè)類(lèi)加載器，加載到內(nèi)存中
    System.out.println(String.class.getClassLoader());
    // 獲取系統(tǒng)配置
    // bootstrap生效的時(shí)候會(huì)去sun.boot.class.path路徑下找對(duì)應(yīng)的類(lèi)
    String paths = System.getProperty("sun.boot.class.path");
    // windows下使用;分隔
    // linux使用:分隔
    String[] arr = paths.split(";");
    for (String s : arr) {
        System.out.println(s);
    }
}

返回結(jié)果：

為什么String.class.getClassLoader() 返回null?

原因是：Bootstrap ClassLoader是由C/C++編寫(xiě)的，是虛擬機(jī)的一部分，并不是JAVA中的類(lèi)，所以無(wú)法在 Java 代碼中獲取它的引用，因此返回 null。

因此：如果一個(gè)類(lèi)(System.out.println(String.class.getClassLoader());)輸出為null，說(shuō)明該類(lèi)是被Bootstrap ClassLoader加載的。前提是基于JDK1.8環(huán)境。

Bootstrap ClassLoader加載String類(lèi)會(huì)去下面這些類(lèi)中尋找：

最后一行不是默認(rèn)路徑，是IDEA默認(rèn)添加的，紅框部分才是默認(rèn)加載路徑。

String類(lèi)在rt包下，按照上圖的順序依次向下找，在rt包中找到后，就不會(huì)繼續(xù)向下尋找了。

2.自定義路徑

可通過(guò) -Xbootclasspath 參數(shù)修改 Bootstrap ClassLoader 的搜索路徑

注意：如果配置多個(gè)路徑，linux/unix下用“:”分割，windows下用“;”分割。

代碼演示：在 pom.xml 中添加 commons-io，同時(shí)也要把這個(gè)jar包放到D:\test 中

<dependency>
    <groupId>commons-io</groupId>
    <artifactId>commons-io</artifactId>
    <version>2.8.0</version>
</dependency>

添加JVM參數(shù)，指定尋找的包路徑在jdk核心類(lèi)后搜索

-Xbootclasspath/a:D:\test\commons-io-2.8.0.jar

去這個(gè)包下尋找ByteOrderMark這個(gè)類(lèi)

修改代碼：

public static void main(String[] args) {
    // 輸出String類(lèi)是被哪個(gè)類(lèi)加載器，加載到內(nèi)存中
    // System.out.println(String.class.getClassLoader());
    System.out.println(ByteOrderMark.class.getClassLoader());
    // 獲取系統(tǒng)配置
    // bootstrap生效的時(shí)候會(huì)去sun.boot.class.path路徑下找對(duì)應(yīng)的類(lèi)
    String paths = System.getProperty("sun.boot.class.path");
    // windows下使用;分隔
    // linux使用:分隔
    String[] arr = paths.split(";");
    for (String s : arr) {
        System.out.println(s);
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

Bootstrap ClassLoader在JDK核心類(lèi)中找不到就會(huì)去指定的路徑下尋找。

(二)ExtClassLoader

1.基本使用

擴(kuò)展類(lèi)加載器，加載擴(kuò)展類(lèi)庫(kù)，搜索路徑由-Djava.ext.dirs指定，比如：%JRE_HOME%\jre\lib\ext目錄下的jar包和class文件。即ExtClassLoader加載類(lèi)的時(shí)候會(huì)去下面的路徑尋找，找不到就會(huì)報(bào)錯(cuò)。

代碼演示：

public static void main(String[] args) {
    // 輸出String類(lèi)是被哪個(gè)類(lèi)加載器，加載到內(nèi)存中
    // System.out.println(String.class.getClassLoader());
    // System.out.println(ByteOrderMark.class.getClassLoader());
    System.out.println(DNSNameService.class.getClassLoader());
    // 獲取系統(tǒng)配置
    // 輸出 ExtClassLoader 掃描的路徑，注意：輸出的是文件夾
    String paths = System.getProperty("java.ext.dirs");
    // windows下使用;分隔
    // linux使用:分隔
    String[] arr = paths.split(";");
    for (String s : arr) {
        System.out.println(s);
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@383534aa

有$符號(hào)表示ExtClassLoader是Launcher這個(gè)類(lèi)的內(nèi)部類(lèi)。只要出現(xiàn)$就說(shuō)明后面是前面的內(nèi)部類(lèi)

搜索ExtClassLoader后，發(fā)現(xiàn)ExtClassLoader確實(shí)是個(gè)內(nèi)部類(lèi)，并且還是靜態(tài)的。

2.配置指定路徑

-Djava.ext.dirs=D:\test

public static void main(String[] args) {
    // 輸出String類(lèi)是被哪個(gè)類(lèi)加載器，加載到內(nèi)存中
    // System.out.println(String.class.getClassLoader());
    System.out.println(ByteOrderMark.class.getClassLoader());
    // System.out.println(DNSNameService.class.getClassLoader());
    // 獲取系統(tǒng)配置
    // 輸出 ExtClassLoader 掃描的路徑，注意：輸出的是文件夾
    String paths = System.getProperty("java.ext.dirs");
    // windows下使用;分隔
    // linux使用:分隔
    String[] arr = paths.split(";");
    for (String s : arr) {
        System.out.println(s);
    }
}

代碼中表示，讓ExtClassLoader去D:\test文件夾下尋找ByteOrderMark這個(gè)類(lèi)。

運(yùn)行結(jié)果：

自定義路徑會(huì)把默認(rèn)路徑覆蓋掉，所以這種方法不建議使用，了解即可。

(三)AppClassLoader

AppClassLoader也叫SystemClassLoader(系統(tǒng)類(lèi)加載器)，搜索路徑由java.class.path(CLASSPATH) 指定。加載項(xiàng)目中自己寫(xiě)的類(lèi) 和 第三方依賴包。

public static void main(String[] args) {
    // 輸出String類(lèi)是被哪個(gè)類(lèi)加載器，加載到內(nèi)存中
    // System.out.println(String.class.getClassLoader());
    // System.out.println(ByteOrderMark.class.getClassLoader());
    // System.out.println(DNSNameService.class.getClassLoader());
    System.out.println(Main.class.getClassLoader());
 
    // 獲取系統(tǒng)配置
    // 輸出 ExtClassLoader 掃描的路徑，注意：輸出的是文件夾
    String paths = System.getProperty("java.class.path");
    // windows下使用;分隔
    // linux使用:分隔
    String[] arr = paths.split(";");
    for (String s : arr) {
        System.out.println(s);
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

最下面的兩行是IDEA自帶的，無(wú)需理會(huì)

由此可以看出，IDEA在運(yùn)行java代碼時(shí)，主動(dòng)給我們添加了很多路徑(JDK核心類(lèi)庫(kù)、擴(kuò)展類(lèi)庫(kù)、自己寫(xiě)的類(lèi)和第三方依賴包到classpath中)，所以才會(huì)打印如此多的路徑。如下圖。

(四)類(lèi)加載器的初始化

1.源碼跟蹤

從上面的輸出可以發(fā)現(xiàn) ExtClassLoader、AppClassLoader都是 Java 對(duì)象，接下來(lái)看一下它們是如何創(chuàng)建的。

這兩個(gè)對(duì)象的生成都是在 Launcher 中完成的：Launcher類(lèi)是 java 程序的入口，在啟動(dòng) java 應(yīng)用的時(shí)候會(huì)首先創(chuàng)建Launcher類(lèi)的對(duì)象，創(chuàng)建Launcher類(lèi)的時(shí)候會(huì)創(chuàng)建ExtClassLoader、AppClassLoader。

Launcher類(lèi)太過(guò)于底層，所以無(wú)法打斷點(diǎn)，構(gòu)造方法如下：

首先，創(chuàng)建 ExtClassLoader

ExtClassLoader對(duì)象創(chuàng)建成功后，將器傳入AppClassLoader中

點(diǎn)進(jìn)這個(gè)getAppClassLoader靜態(tài)方法：

super一直點(diǎn)到最上層，在這里，parent參數(shù)就是傳入的 ExtClassLoader。

由此可以看出：ExtClassLoader是AppClassLoader的父類(lèi)加載器。

2.ExtClassLoader和AppClassLoader的關(guān)系結(jié)論——父類(lèi)加載器

在 Java 中，AppClassLoader 和 ExtClassLoader 都是由 sun.misc.Launcher 類(lèi)創(chuàng)建的。盡管它們的名字中包含“ClassLoader”，但它們并不是通過(guò)繼承關(guān)系來(lái)定義父子關(guān)系的，而是通過(guò)設(shè)置父加載器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這意味著 AppClassLoader 實(shí)際上是將 ExtClassLoader 作為其父類(lèi)加載器，而不是通過(guò)類(lèi)繼承的方式。

只有類(lèi)之間才會(huì)存在繼承關(guān)系，我們這里說(shuō)的是AppClassLoader 和 ExtClassLoader對(duì)象。

在 Java 類(lèi)加載器的上下文中，“父類(lèi)加載器”這個(gè)術(shù)語(yǔ)并不意味著類(lèi)加載器之間存在繼承關(guān)系（即它們不是通過(guò) extends 關(guān)鍵字定義的父子類(lèi)關(guān)系），而是指類(lèi)加載器之間的委派關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，AppClassLoader 將 ExtClassLoader 作為其父類(lèi)加載器，指的是當(dāng) AppClassLoader 需要加載某個(gè)類(lèi)時(shí)，它首先會(huì)請(qǐng)求 ExtClassLoader（它的父類(lèi)加載器）嘗試加載該類(lèi)。這種機(jī)制是基于“雙親委派模型”的。

因此，AppClassLoader的父類(lèi)是URLClassLoader；父類(lèi)加載器是ExtClassLoader。

通過(guò)debug可以看出來(lái)，AppClassLoader的parent屬性是ExtClassLoader，ExtClassLoader的parent屬性是BootstrapClassLoader，前文提過(guò)，顯示null，就說(shuō)明是BootstrapClassLoader。

三、雙親委派模式

(一)概念介紹

雙親委派模式是Java類(lèi)加載機(jī)制的核心原理，用于規(guī)范類(lèi)加載器之間的協(xié)作方式。其核心思想是：當(dāng)一個(gè)類(lèi)加載器收到類(lèi)加載請(qǐng)求時(shí)，不會(huì)直接自己加載，而是將請(qǐng)求委派給父類(lèi)加載器，只有當(dāng)父類(lèi)加載器無(wú)法加載時(shí)，才會(huì)由當(dāng)前類(lèi)加載器自己嘗試加載。

如果父加載器可以完成加載任務(wù)，就成功返回；倘若父加載器無(wú)法完成此加載任務(wù)，子加載器才會(huì)嘗試自己去加載。

(二)源碼解釋

加載一個(gè)類(lèi)，一定先從 Launcher.AppClassLoader 的 loadClass 方法開(kāi)始。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    // 1. 檢查是否已加載
    Class<?> c = findLoadedClass(name);
    if (c == null) {
        try {
            // 2. 委派給父類(lèi)加載器（遞歸向上）
            if (parent != null) {
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else {
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // 父類(lèi)加載器未找到，繼續(xù)執(zhí)行
        }
        if (c == null) {
            // 3. 自己嘗試加載
            c = findClass(name);
        }
    }
    if (resolve) {
        resolveClass(c);
    }
    return c;
}

(三)雙親委派模式的核心優(yōu)勢(shì)

• 安全性：確保核心類(lèi)（如java.lang.Object）只能由啟動(dòng)類(lèi)加載器加載，防止用戶自定義類(lèi)覆蓋JDK核心類(lèi)，避免惡意代碼篡改。保證java核心api不會(huì)被隨意替換，專(zhuān)業(yè)說(shuō)法：沙箱安全機(jī)制。
• 唯一性：同一名稱(chēng)的類(lèi)只會(huì)被加載一次（由首個(gè)能加載它的類(lèi)加載器完成），確保類(lèi)實(shí)例的兼容性。
• 層級(jí)隔離：不同類(lèi)加載器加載的類(lèi)空間隔離，例如Tomcat的多個(gè)Web應(yīng)用可通過(guò)不同類(lèi)加載器隔離類(lèi)版本。

代碼示例：

自定義一個(gè)Integer類(lèi)：

package java.lang;
 
public class Integer {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("運(yùn)行自定義的Integer類(lèi)......");
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

原因是BootStrap ClassLoader已經(jīng)在核心類(lèi)庫(kù)中找到j(luò)ava.lang.Integer類(lèi)了，所以不會(huì)再加載自定義的java.lang.Integer類(lèi)了，這充分體現(xiàn)了JDK核心類(lèi)不會(huì)被覆蓋的優(yōu)勢(shì)。

四、動(dòng)態(tài)加載

(一)URLClassLoader

URLClassLoader是Java中用于從指定的URL(統(tǒng)一資源定位符)加載類(lèi)和資源的類(lèi)加載器，屬于java.lang.ClassLoader的子類(lèi)，也是ExtClassLoader和AppClassLoader的父類(lèi)。它允許從網(wǎng)絡(luò)或本地文件系統(tǒng)中的目錄、JAR 文件等位置動(dòng)態(tài)加載類(lèi)，廣泛應(yīng)用于插件化開(kāi)發(fā)、熱部署、動(dòng)態(tài)模塊加載等場(chǎng)景。

常用的構(gòu)造方法：

• URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent)：使用指定的父加載器創(chuàng)建對(duì)象，從指定的urls路徑來(lái)查詢、并加載類(lèi)。
• URLClassLoader(URL[] urls)：使用默認(rèn)的父加載器(AppClassLoader)創(chuàng)建一個(gè)ClassLoader對(duì)象，從指定的urls路徑來(lái)查詢、并加載類(lèi)。

(二)實(shí)戰(zhàn)

新建一個(gè)普通的java項(xiàng)目parse-excel-demo，并打成jar包。

在另一個(gè)項(xiàng)目classloader-demo中編寫(xiě)下面的代碼，即可使用上面的方法

public class RunDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        File file = new File(
                "G:\\develop\\workspace\\four\\" +
                        "newSmProjects\\parse-excel-demo\\target\\" +
                        "parse-excel-demo-1.0-SNAPSHOT.jar");
        URL[] urls = {file.toURI().toURL()};
        URLClassLoader myUrlClassLoader = new URLClassLoader(urls);
 
        Class<?> parseExcel = myUrlClassLoader.loadClass("com.test.excel.ParseExcel");
        Object obj = parseExcel.newInstance();
        Method parse = parseExcel.getMethod("parse");
        parse.invoke(obj);
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

即使被引用的jar包內(nèi)容被修改，只要路徑正確，RunDemo所在的項(xiàng)目都不需要重啟就能運(yùn)行：

RunDemo運(yùn)行結(jié)果：

(三)依賴問(wèn)題

有些時(shí)候，parse-excel-demo中可能引用一些第三方庫(kù)，比如：jackson-core-2.11.0.jar

<dependency>
  <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
  <artifactId>jackson-core</artifactId>
  <version>2.11.0</version>
</dependency>

并在代碼中使用：

package com.test.excel;
 
import com.fasterxml.jackson.core.JsonFactory;
 
public class ParseExcel {
    public void parse() {
        System.out.println("開(kāi)始解析Excel......");
        JsonFactory jsonFactory = new JsonFactory();
        System.out.println("運(yùn)行其getFormatGeneratorFeatures方法：" +
                jsonFactory.getFormatGeneratorFeatures());
    }
}

修改后重新對(duì) parse 打包，然后運(yùn)行clasterloader-demo中的代碼，結(jié)果：

問(wèn)題分析：

myUrlClassLoader的父類(lèi)加載器是

根據(jù)雙親委派模式，myUrlClassLoader加載時(shí)parseExcel的時(shí)候會(huì)去加載JsonFactory，加載JsonFactory會(huì)交給父類(lèi)加載器AppClassLoader，AppClassLoader無(wú)法加載就會(huì)交給其父類(lèi)加載器ExtClassLoader，ExtClassLoader無(wú)法加載又交給自己的父類(lèi)加載器BootStrap ClassLoader，都找不到才會(huì)報(bào)錯(cuò)。

因此，當(dāng)我們開(kāi)發(fā)中碰到ClassNotFoundException的排錯(cuò)方法要考慮類(lèi)的加載過(guò)程。

解決方案：完善代碼，將JsonFactory所屬的包放在myUrlClassLoader的掃描路徑下：

public class RunDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        File file = new File(
                "G:\\develop\\workspace\\four\\" +
                        "newSmProjects\\parse-excel-demo\\target\\" +
                        "parse-excel-demo-1.0-SNAPSHOT.jar");
        File file2 = new File(
                "D:\\apache-maven-3.8.1\\repository\\" +
                        "com\\fasterxml\\jackson\\core\\jackson-core\\2.11.0" +
                        "\\jackson-core-2.11.0.jar");
        URL[] urls = {file.toURI().toURL(), file2.toURI().toURL()};
        URLClassLoader myUrlClassLoader = new URLClassLoader(urls);
 
        Class<?> parseExcel = myUrlClassLoader.loadClass("com.test.excel.ParseExcel");
        Object obj = parseExcel.newInstance();
        Method parse = parseExcel.getMethod("parse");
        parse.invoke(obj);
    }
}

也可以將依賴放入classloader-demo中。AppClassLoader可以成功加載第三方依賴包。

(四)版本沖突問(wèn)題

我們降低classloader-demo中的依賴版本：

再次運(yùn)行會(huì)報(bào)錯(cuò)：

即使將2.11.0版本放到搜索路徑中還是會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)锳ppClassLoader已經(jīng)加載完畢了，myUrlClassLoader就不會(huì)再加載了。

而項(xiàng)目中已有的依賴也不能更改，那么如何解決呢？

讓程序同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)版本的jsonFactory即可。

public class RunDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        File file = new File(
                "G:\\develop\\workspace\\four\\" +
                        "newSmProjects\\parse-excel-demo\\target\\" +
                        "parse-excel-demo-1.0-SNAPSHOT.jar");
        File file2 = new File(
                "D:\\apache-maven-3.8.1\\repository\\" +
                        "com\\fasterxml\\jackson\\core\\jackson-core\\2.11.0" +
                        "\\jackson-core-2.11.0.jar");
        URL[] urls = {file.toURI().toURL(),file2.toURI().toURL()};
        // 創(chuàng)建自定義類(lèi)加載器
        // 這時(shí)候myUrlClassLoader的parent是ExtClassLoader        
        URLClassLoader myUrlClassLoader = new URLClassLoader(urls,RunDemo.class.getClassLoader().getParent());
 
        Class<?> parseExcel = myUrlClassLoader.loadClass("com.test.excel.ParseExcel");
        Object obj = parseExcel.newInstance();
        Method parse = parseExcel.getMethod("parse");
        parse.invoke(obj);
    }
}

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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