《JVM由浅入深学习【二】 2023-12-20》JVM由简入深学习提升

JVM由简入深学习提升第二篇

1. 双亲委派机制源码分析

双亲委派机制的核心源码（代码注释有解释流程）

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            // 首先检查这个类是否已经被加载
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            // 如果这个类没加载，进入这里（双亲委派机制核心）
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                // 第一次判断时当前为AppClassLoader，parent为ExtClassLoader；parent不为空，继续调用此loadClass方法，parent为BootStrapClassLoader，之前说过BootStrapClassLoader是在C++实现的，所以我们这里parent为这null，进入findBootstrapClassOrNull
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                    // 该方法也是调用了native方法，是在C++实现的
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
                // 此处c为空，说明BootStrapClassLoader没有加载到该类，调用findClass方法
                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    // 当前为ExtClassLoader，所以调用他的findClass，他没有，但他的父类URLClassLoader有(代码拿出来了在下面)
                    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;
        }
    }

protected Class<?> findClass(final String name)
        throws ClassNotFoundException
    {
        final Class<?> result;
        try {
            result = AccessController.doPrivileged(
                new PrivilegedExceptionAction<Class<?>>() {
                    public Class<?> run() throws ClassNotFoundException {
                        String path = name.replace('.', '/').concat(".class");
                        Resource res = ucp.getResource(path, false);
                        if (res != null) {
                            try {
                                return defineClass(name, res);
                            } catch (IOException e) {
                                throw new ClassNotFoundException(name, e);
                            } catch (ClassFormatError e2) {
                                if (res.getDataError() != null) {
                                    e2.addSuppressed(res.getDataError());
                                }
                                throw e2;
                            }
                        } else {
                            return null;
                        }
                    }
                }, acc);
        } catch (java.security.PrivilegedActionException pae) {
            throw (ClassNotFoundException) pae.getException();
        }
        if (result == null) {
            throw new ClassNotFoundException(name);
        }
        return result;
    }

要想打破这个双亲委派机制，可以继承ClassLoader，并重写loadClass方法
如果是重写findClass方法不会打破双亲委派机制，

2. 自定义类加载器

（1）继承CLassLoader
（2）重写loadClass方法 或者 重写findClass方法

public class MyClassLoader extends ClassLoader {


    @Override
    public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            // 获取文件名   例如com.zhuyh.studytest.jvmtest.jvm01.Student获取的就是Student
            String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
            InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
            if (is == null) {
                throw new ClassNotFoundException();
            }
            byte[] b = new byte[is.available()];
            is.read(b);
            return defineClass(name, b, 0, b.length);

        } catch (IOException e) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }
    }
}

class MyTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader();
        Class<?> aClass = myClassLoader.findClass("com.zhuyh.studytest.jvmtest.jvm01.User");
        System.out.println(aClass.getClassLoader());
        Object o = aClass.newInstance();
        System.out.println(o);

        System.out.println(Student.class.getClassLoader());
        Class<User> studentClass = User.class;
        Object user = studentClass.newInstance();
        System.out.println(user);
    }
}

结果

// 前部分通过自己的类加载器加载出来的class，显示的加载器就是MyClassLoader
com.zhuyh.studytest.jvmtest.jvm01.MyClassLoader@78308db1
User{no=0, username='null'}
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
User{no=0, username='null'}

3.CLassLoader中的loadClass(),findClass(),defineClass()的区别

（1）loadClass()主要是进行类的加载，双亲委派机制就是在这里实现的。里面调用了findClass()；当我们自定义类加载器想破坏双亲委派就覆盖这个方法
（2）findClass()根据名称或者位置加载.class字节码文件，里面调用了defineClass()；当我们自定义类加载器不想破坏双亲委派，就覆盖这个方法（建议使用这个方式）
（3）defineClass()把字节码转换为Class，底层调用了native方法（C++写的）；我们自定义类加载器最后还是要调用这个方法

 private native Class<?> defineClass0(String name, byte[] b, int off, int len,
                                         ProtectionDomain pd);

    private native Class<?> defineClass1(String name, byte[] b, int off, int len,
                                         ProtectionDomain pd, String source);

    private native Class<?> defineClass2(String name, java.nio.ByteBuffer b,
                                         int off, int len, ProtectionDomain pd,
                                         String source);

加载一个类使用Class.forName()和ClassLoader有什么区别？

先说结论，用Class.forName()加载的话是已经初始化的,而用ClassLoader加载的话是没有初始化的。
看代码，准备一个ChildClass类

public class ChildClass extends ParentClass {
    // 静态变量
    private static String p_StaticField = "子类----静态变量";

    // 变量
    private String p_Field = "子类----变量";

    protected int i = 0;
    protected int j = 0;

    // 静态初始化块
    static {
        System.out.println(p_StaticField);
        System.out.println("子类----静态初始块");
    }

    // 初始快
    {
        System.out.println(p_Field);
        System.out.println("子类----初始块");
    }

    // 构造函数
    public ChildClass() {
        System.out.print("子类----构造函数");
        System.out.println("i=" + i + "j=" + j
        );
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(BufferedReader.class.getClassLoader());
        System.out.println(ChildClass.class.getClassLoader());
    }
}

准备测试方法

public class MyTest2 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        Class<?> aClass = Class.forName("com.zhuyh.studytest.jvmtest.jvm02.ChildClass");
        System.out.println(aClass);

		System.out.println("--------------------------------");

        Class<?> aClass1 = MyTest2.class.getClassLoader().loadClass("com.zhuyh.studytest.jvmtest.jvm02.ChildClass");
        System.out.println(aClass1);

    }
}

结果：Class.forName初始化了，而ClassLoader().loadClass没有初始化

父类----静态变量
父类----静态初始块
子类----静态变量
子类----静态初始块
class com.zhuyh.studytest.jvmtest.jvm02.ChildClass
--------------------------------
class com.zhuyh.studytest.jvmtest.jvm02.ChildClass

4.Tomcat类加载机制

由图可知在之前基础上Tomcat新增了4个类加载器，新版本后Catalina和Share以及common都合并到了lib目录下（tomcat5以后）；WebApp类加载器（可以有多个）加载webapps目录下文件，该目录放的是我们要运行的项目；JSP类加载器（也有多个，几个页面就对应几个）加载项目一种JSP文件，转化为java文件，最后转化为Class文件。Common，Catalina,share类加载器是通过工厂模式在URLClassLoader创建的，WebApp类加载器和JSP类加载器都是存在的类，他们打破了双亲委派机制。

5. 为什么Tomcat要破坏双亲委派机制

Tomcat是web服务器，一个web服务器可以部署多个应用服务
（1）部署在同一个tomcat服务器上的两个项目所使用的的java类库要相互隔离
（2）部署在同一个tomcat服务器上的两个项目所使用的的java类库要相互共享
（3）保证Tomcat服务器自身安全不受部署的项目所影响
（4）需要支持JSP的热加载和热部署

6. 热加载和热部署，如何自己实现一个热加载？

（1）热加载指的是在修改代码后不重启服务器也能让代码生效，能提升开发调试效率，但是安全性不高，所以一般不用于生产环境。
（2）热部署指的是在不重启服务器的情况下重新部署项目。比如我们在程序运行时，修改了war包的内容，那么tomcat就会删除之前的war包解压的文件夹，重新解压新的war包，生成文件夹。

总结：热加载就是程序在运行时不断地监测class是否发生改变，改变了就用新的；热部署是运行时重新部署整个项目，比较耗时。
（3）如何实现热加载
1）首先得先实现自定义类加载器
2）自己类加载器中加载需要热加载的类
3）定时任务不断轮训这些class类，如果有更新就重新加载
具体实现案例

public class HotClassLoader extends ClassLoader {

    private String basePath;

    public HotClassLoader(String basePath) {
        this.basePath = basePath;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte[] classData = loadClassData(name);
            return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
        } catch (IOException e) {
            throw new ClassNotFoundException("Failed to load class data for " + name, e);
        }
    }

    private byte[] loadClassData(String className) throws IOException {
        String path = basePath + className.replace('.', '/') + ".class";
        Path classPath = Paths.get(path);
        return Files.readAllBytes(classPath);
    }

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
        String basePath = "path/to/your/classes/";
        HotClassLoader classLoader = new HotClassLoader(basePath);

        while (true) {
            try {
                // 加载类
                Class<?> loadedClass = classLoader.loadClass("YourClassName");
                // 创建实例
                Object instance = loadedClass.newInstance();
                // 调用实例方法
                // 例如：Method method = loadedClass.getMethod("methodName", parameterTypes);
                //       method.invoke(instance, args);

                System.out.println("Class reloaded successfully!");
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                System.out.println("Class not found. Make sure the class name is correct.");
            } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            try {
                // 模拟定时检测文件变化，实际应用中可使用文件监控库等
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}


public class HotReloadTester {

    public static void main(String[] args) {
        String basePath = "path/to/your/classes/";
        HotClassLoader classLoader = new HotClassLoader(basePath);

        // 创建定时任务执行器
        ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);

        // 定时任务，每隔一段时间执行一次
        executorService.scheduleAtFixedRate(() -> {
            try {
                // 加载类
                Class<?> loadedClass = classLoader.loadClass("YourClassName");
                // 创建实例
                Object instance = loadedClass.newInstance();
                // 调用实例方法
                // 例如：Method method = loadedClass.getMethod("methodName", parameterTypes);
                //       method.invoke(instance, args);
                
                System.out.println("Class reloaded successfully!");
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                System.out.println("Class not found. Make sure the class name is correct.");
            } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, 0, 5, TimeUnit.SECONDS); // 每隔5秒执行一次

        // 运行一段时间后停止
        try {
            Thread.sleep(60000); // 运行60秒
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 停止定时任务执行器
        executorService.shutdown();
    }
}