一. 前言
開始寫文章的第一個(gè)系列, 為了讓自己學(xué)到的知識以及技術(shù)能有一個(gè)總結(jié), 同時(shí)也希望能幫助到一些人. 其實(shí)關(guān)于jvm中類的加載機(jī)制, 相信大家早已耳熟能詳, 本文僅是將自身的理解發(fā)表出來, 如有不對, 還請指正.
二. 類的加載過程
說到類加載, 就肯定是從java程序的啟動(dòng)開始的, 最常見的程序入口就是main方法, 我們的tomcat啟動(dòng)也是從main方法開始的. 那main方法都做了些什么呢?
public class Test {
public static viod main(String[] args) {
Test test = new Test();
}
}
如上面這一小段代碼, 運(yùn)行后, 會(huì)先由C++代碼創(chuàng)建java虛擬機(jī), 然后創(chuàng)建一個(gè)引導(dǎo)類加載器, 接著跨語言調(diào)用java代碼創(chuàng)建Jvm啟動(dòng)器實(shí)例sun.misc.Launcher, 該類由引導(dǎo)類加載器加載, Launcher類負(fù)責(zé)創(chuàng)建其它的類加載器(本文會(huì)寫到), 最后使用"其它"的類加載器將Test類加載到內(nèi)存中, 當(dāng)然. 這些都是C++實(shí)現(xiàn)的, 這里不作深究, 大概了解即可.
簡潔說明就是:
- 啟動(dòng)
- C++創(chuàng)建java虛擬機(jī)
- C++創(chuàng)建引導(dǎo)類加載器
- 引導(dǎo)類加載器加載Launcher類
- Launcher類加載其它類加載器(諸如: 擴(kuò)展類加載器, 應(yīng)用程序類加載器)
- 應(yīng)用程序類加載器加載Test類
上面說的僅是宏觀上的類加載過程, 作為一名Java工程師, 我們往往更關(guān)心classLoader.loadClass("com.xx.xx.Test"); 這行代碼加載類的過程.
也就是面試題背到頭暈的那五步: 加載, 驗(yàn)證, 準(zhǔn)備, 解析以及初始化
那么這五步分別做了什么事情呢?
- 加載: 將java字節(jié)碼加載到內(nèi)存.
因?yàn)槲业膉ava類被編譯成class文件后依然是在磁盤上的, 所以肯定需要先將這些字節(jié)碼都通過I/O流加載到Jvm內(nèi)存中才能運(yùn)行. 在加載階段會(huì)在內(nèi)存中生成一個(gè)該類的java.lang.Class對象, 作為這個(gè)類的各類數(shù)據(jù)的訪問入口.- 驗(yàn)證: 校驗(yàn)java字節(jié)碼的正確性.
相信大部分人都使用過類似sublimeText的文本編輯器打開過java的class文件, 然后看到開頭規(guī)整的cafe babe以及規(guī)整的16進(jìn)制編碼. 但如果你胡亂修改或刪掉兩個(gè)字符呢? 這時(shí)產(chǎn)生的后果就是這份代碼跑不起來了. 所以, Jvm可能為了防止你扔一篇泰戈?duì)柕纳⑽脑娮屗虞d, 就有了驗(yàn)證這一步.- 準(zhǔn)備: 給類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存, 并賦予默認(rèn)值.
這里的默認(rèn)值是數(shù)據(jù)類型的默認(rèn)值, 并不是聲明時(shí)給的默認(rèn)值, 例如: int的默認(rèn)值是0, boolean的默認(rèn)值是false.- 解析: 將符號引用替換為直接引用.
當(dāng)一個(gè)類被加載到內(nèi)存后, 它的一切都還只是符號, 例如一個(gè)完整方法調(diào)用: test.test(), 加載后它可能是這樣的, 符號1: test 符號2: . 符號3: () 當(dāng)然它實(shí)際加載后并不是. 我想要表達(dá)的是, 這些符號計(jì)算機(jī)仍然看不懂, 還需要賦予意義. 什么是賦予意義呢? 比如test方法在內(nèi)存中的地址, 虛擬機(jī)需要調(diào)用它的時(shí)候, 如何找到這個(gè)方法的字節(jié)碼等等. 這一過程又叫做靜態(tài)鏈接, 因?yàn)樗窃陬惣虞d的時(shí)候完成的, 與之相對的還有動(dòng)態(tài)鏈接, 這是在程序運(yùn)行時(shí)完成的.- 初始化: 為靜態(tài)變量賦予指定的值, 執(zhí)行靜態(tài)代碼塊.
這一步就很好理解了, 不過多解釋.
另外, 除了支撐java運(yùn)行的核心類庫之外(如rt.jar等), 其余我們自己寫的類大多是用到了之后才會(huì)加載到內(nèi)存的.
怎樣才算用到呢?
/**
* 印證下面代碼很簡單, 給Test02類添加一段靜態(tài)代碼塊, 看是否執(zhí)行即可;
* 因?yàn)轭惣虞d的最后一步初始化時(shí), 會(huì)執(zhí)行靜態(tài)代碼塊
*/
// 不會(huì)加載
Test02 test = null;
// 會(huì)加載
Test02 test = new Test02();
三. 類加載器
Java中的類加載器分為如下幾種
1. 引導(dǎo)類加載器(C++實(shí)現(xiàn)) : 負(fù)責(zé)加載支撐Java運(yùn)行的位于jre/lib目錄下的核心類庫, 如rt.jar蜂大、charsets.jar等.
2. 擴(kuò)展類加載器: 負(fù)責(zé)加載位于jre/lib/ext目錄下的擴(kuò)展類庫.
3. 應(yīng)用程序類加載器: 負(fù)責(zé)加載ClassPath路徑下的類, 主要就是我們自己寫的類.
4. 自定義類加載器: 通常是用來加載我們自定義路徑下的類
乍一看, 哎? 這么多類加載器, 最根本的區(qū)別無非就是它們加載的類路徑不同而已嘛. 至于為什么要這么做, 我覺得原因是很多的, 最顯而易見的就是下面說的雙親委派機(jī)制
四. 雙親委派機(jī)制
當(dāng)一個(gè)類加載時(shí), 采用哪個(gè)類加載器來加載呢? Jvm實(shí)現(xiàn)了一種由下到上, 再由上到下的加載機(jī)制, 也就是雙親委派機(jī)制.
由上圖可以看出, 一個(gè)類加載時(shí), 類加載器會(huì)先查看是否加載過這個(gè)類, 如果沒有, 它不會(huì)直接加載, 而是直接扔給上層類加載器加載, 而上層類加載器仍然會(huì)先看是否加載過此類...直到委托到頂層的引導(dǎo)類加載器才會(huì)真正嘗試到類加載器的類路徑下查找該類, 如果沒找到, 還給下層的類加載器加載. 如果一直到最底層的類加載仍然沒有找到該類, 則會(huì)拋出一個(gè)ClassNotFoundException異常.
一句話說明就是: 先給父類加載器加載, 加載不到, 再由子類加載器加載.
那為什么要有雙親委派機(jī)制呢?
- 保證沙箱安全：自己寫的java.lang.String.class類不會(huì)被加載，防止核心API庫被隨意篡改
- 避免類的重復(fù)加載：當(dāng)父層類加載器已經(jīng)加載了該類時(shí)爆办，就沒有必要再由子類加載器再加載一次，保證被加載類的唯一性
此外還有一個(gè)全盤負(fù)責(zé)機(jī)制:
全盤負(fù)責(zé)機(jī)制是指: 當(dāng)一個(gè)類加載器加載一個(gè)類時(shí), 該類中所有引用的其它類, 也將由這個(gè)類加載器加載, 除非顯式的指定了這個(gè)類的類加載器.
五. 自定類加載器并打破雙親委派機(jī)制
要實(shí)現(xiàn)自定義的類加載器其實(shí)很簡單, 只需要兩步即可:
- 繼承ClassLoader類
ClassLoader類中有3個(gè)核心方法, 分別是: loadClass、findClass以及defineClass
loadClass(String name, boolean resolve):
???實(shí)現(xiàn)了雙親委派機(jī)制
findClass(String name):
???默認(rèn)是空實(shí)現(xiàn), 需要我們自己實(shí)現(xiàn)該方法
defineClass(String name, byte[] b, int off, int len):
???實(shí)現(xiàn)了類加載的后四步: 驗(yàn)證 > 準(zhǔn)備 > 解析 > 初始化- 重寫findClass方法
基于上述ClassLoader類的介紹, 所以自定義類加載器主要是重寫findClass方法
- 另外, 如果還需要打破雙親委派機(jī)制, 則需要第三步:
- 重寫loadClass方法
說了這么多, 上個(gè)示例代碼吧.
package jvm;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
/**
* 自定義類加載器, 簡單實(shí)現(xiàn)
*
* @Author: Code養(yǎng)牧人
* @Date: 2021-02-21 19:15
*/
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
// 類的根路徑
private String classpath = "E:/test";
/**
* 將class字節(jié)通過io讀取到內(nèi)存中
*
* @param clazz 全類路徑名
* @return 類的字節(jié)數(shù)組
*/
private byte[] loadClazz(String clazz) throws IOException {
// 將類路徑轉(zhuǎn)換為文件路徑
String path = clazz.replaceAll("\\.", "/");
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(classpath + "/" + path + ".class");
// 讀取成字節(jié)數(shù)據(jù)組后返回
int length = fileInputStream.available();
byte[] bytes = new byte[length];
fileInputStream.read(bytes);
fileInputStream.close();
return bytes;
}
/**
* 重寫findClass, 使其到我們自己指定的路徑下加載類
*/
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] clazz = loadClazz(name);
// 調(diào)用defineClass做完類加載的后四步: 驗(yàn)證, 準(zhǔn)備, 解析, 初始化
return defineClass(name, clazz, 0, clazz.length);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
/**
* 打破雙親委派機(jī)制, 此方法直接復(fù)制了源碼, 且盡可能只修改小部分, 目的在于提供一個(gè)思路
*/
@Override
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();
/**
* 注釋掉雙親委派機(jī)制實(shí)現(xiàn)
*/
/*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();
// 如果是我們自己的類路徑, 直接findClass, 否則調(diào)用父加載器的loadClass
if (name.startsWith("jvm")) {
c = findClass(name);
} else {
c = this.getParent().loadClass(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;
}
}
/**
* 測試
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader();
// 要確保, 指定的磁盤路徑下有該類的class文件
Class clazz = myClassLoader.loadClass("jvm.Test"); // Test為一個(gè)空類
Object obj = clazz.newInstance();
// 當(dāng)應(yīng)用程序類加載器的類路徑以及自定義類路徑下都存在Test類時(shí), 如果輸出的類加載器是jvm.MyClassLoader, 則打破了雙親委派機(jī)制
System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());
}
}
好了, 今天的分享就到這里, 如果有寫的不對的地方, 還望大家不吝賜教, 謝謝.
