什么是类加载器?
虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流
”这个动作放到Java虚拟机外部去实现
,以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类
。实现这个动作的代码模块称为“类加载器
”。
类相等的条件?
对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器
和这个类本身
一同确立其在Java虚拟机中的唯一性,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。
这句话可以表达得更通俗一些:比较两个类是否“相等”,只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义,否则,即使这两个类来源于同一个Class文件,被同一个虚拟机加载,只要加载它们的类加载器不同,那这两个类就必定不相等。
这里所指的“相等
”,包括代表类的Class对象的equals()方法
、isAssignableFrom()方法
、isInstance()方法
的返回结果,也包括使用instanceof关键字
做对象所属关系判定等情况。
类加载器的分类
从Java虚拟机的角度,只有2种
- 一种是
启动类加载器
(BootstrapClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现,是虚拟机自身的一部分; - 另一种就是
所有其他的类加载器
,这些类加载器都由Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。
从Java开发人员的角度,可分为3种
1. 启动类加载器(BootstrapClassLoader)
用途
负责将存放在<JAVA_HOME>\lib
目录中的,或者被-Xbootclasspath
参数所指定的路径中的,并且是虚拟机识别的(仅按照文件名识别,如rt.jar,名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载)类库加载到虚拟机内存中。
启动类加载器无法被Java程序直接引用,用户在编写自定义类加载器时,如果需要把加载请求委派给引导类加载器,那直接使用null代替即可
。
2. 扩展类加载器(ExtensionClassLoader)
用途
负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext
目录中的,或者被java.ext.dirs
系统变量所指定的路径中的所有类库。
由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
实现,开发者可以直接使用
扩展类加载器。
3. 应用程序类加载器(ApplicationClassLoader):
用途
负责加载用户类路径(ClassPath)
上所指定的类库。
由sun.misc.Launcher$AppClassLoader
实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()
方法的返回值
,所以一般也称它为系统类加载器
。
开发者可以直接使用
这个类加载器,如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器
。
双亲委派模型
什么是双亲委派模型?
双亲委派模型(ParentsDelegationModel)要求除了顶层
的启动类加载器外,其余的
类加载器都应当有
自己的父类
加载器。
实现方式?
用组合
(Composition),而不是继承
(Inheritance)。
工作过程
如果一个类加载器收到了类加载的请求,
- 首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求
委派给父类
加载器去完成。每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终
都应该传送到顶层
的启动类加载器中。 - 只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去加载。
具体实现逻辑
- 先
检查
是否已经被加载过; - 若没有加载,则调用父加载器的loadClass()方法;若父加载器为空,则默认使用
启动类加载器
作为父加载器。 - 如果父类加载失败,抛出ClassNotFoundException异常后,再调用自己的findClass()方法进行加载。
// java.lang.ClassLoader#loadClass(java.lang.String, boolean)
protected Class> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 首先,检查请求的类是否已经被加载过了。
Class> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//如果父加载器为空
//默认使用启动类加载器作为父加载器
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// 如果父类加载器抛出ClassNotFoundException
// 说明父类加载器无法完成加载请求
}
if (c == null) {
// 在父类加载器无法加载的时候
// 再调用本身的findClass方法来进行类加载
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
双亲委派模型的目的?
解决了各个类加载器的基础类
的统一问题
(越基础的类由越上层的加载器进行加载)。
基础类之所以称为“基础”,是因为它们总是作为被用户代码调用的API。
3次破坏
到目前为止,双亲委派模型主要出现过3次
较大规模的“被破坏
”情况。
第一次
发生在双亲委派模型出现之前——即JDK1.2发布之前。
第二次
由这个模型自身的缺陷所导致,双亲委派用于解决各个类加载器的基础类的统一问题。但是,如果基础类
又要调用回
用户的代码,那该怎么办?
典型的例子便是JNDI服务。为了解决这个问题,Java设计团队只好引入了一个不太优雅的设计:线程上下文类加载器(ThreadContextClassLoader)
。
Java中所有涉及SPI的加载动作
基本上都采用这种方式,例如JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等。
第三次
由于用户对程序动态性的追求而导致,这里所说的“动态性”指的是当前一些非常“热门”的名词:代码热替换(HotSwap)、模块热部署(HotDeployment)等,说白了就是希望应用程序能像我们的计算机外设那样,接上鼠标、U盘,不用重启机器就能立即使用,鼠标有问题或要升级就换个鼠标,不用停机也不用重启。
目前OSGi
已经成为了业界“事实上”的Java模块化
标准,而OSGi实现模块化热部署的关键则是它自定义的类加载器机制
的实现。每一个程序模块
(OSGi中称为Bundle)都有一个自己的类加载器
,当需要更换一个Bundle时,就把Bundle连同类加载器一起换掉
以实现代码的热替换。
在OSGi环境下,类加载器不再是
双亲委派模型中的树状结构
,而是进一步发展为更加复杂的网状结构
,当收到类加载请求时,OSGi将按照下面的顺序进行类搜索:
- 将以java.*开头的类委派给父类加载器加载。
- 否则,将委派列表名单内的类委派给父类加载器加载。
- 否则,将Import列表中的类委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载。
- 否则,查找当前Bundle的ClassPath,使用自己的类加载器加载。
- 否则,查找类是否在自己的FragmentBundle中,如果在,则委派给FragmentBundle的类加载器加载。
- 否则,查找DynamicImport列表的Bundle,委派给对应Bundle的类加载器加载。
- 否则,类查找失败。
上面的查找顺序中只有开头两点
仍然符合双亲委派规则,其余的
类查找都是在平级
的类加载器中进行
的。
这里“被破坏”并不带有贬义的感情色彩。只要有足够意义和理由,突破已有的原则就可认为是一种创新
。在Java程序员中基本有一个共识:OSGi中对类加载器的使用是很值得学习的,弄懂了OSGi的实现,就可以算是掌握了类加载器的精髓
。