如何处理JVM类加载机制及类缓存问题
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前言
大家应该都知道,当一个Java项目启动的时候,JVM会找到main方法,根据对象之间的调用来对class文件和所引用的jar包中的class文件进行加载(其步骤分为加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载),方法区中开辟内存来存储类的运行时数据结构(包括静态变量、静态方法、常量池、类结构等),同时在堆中生成相应的Class对象指向方法区中对应的类运行时数据结构。
用最简单的一句话来概括,类加载的过程就是JVM根据所需的class文件的路径,通过IO流的方式来读取class字节码文件,并通过一系列解析初始化等步骤来注入到内存。 java中的类加载器有:BootstrapClassLoader(最上层)、ExtClassLoader、AppClassLoader、以及用户自定义的ClassLoader(最下层)。JVM对于不同种类的jar包(或class文件),会有不同种类的类加载器进行加载。
对应关系如下:
BootstrapClassLoader 用于加载JVM运行所需要的类:
JAVA_HOME/jre/lib/resources.jar: JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar: JAVA_HOME/jre/lib/sunrsasign.jar: JAVA_HOME/jre/lib/jsse.jar: JAVA_HOME/jre/lib/jce.jar: JAVA_HOME/jre/lib/charsets.jar: JAVA_HOME/jre/lib/jfr.jar: JAVA_HOME/jre/classes
ExtClassLoader 用于加载扩展类:
../Java/Extensions: ../JAVA_HOME/jre/lib/ext: ../Library/Java/Extensions:/Network/Library/Java/Extensions: ../System/Library/Java/Extensions: ../lib/java
AppClassLoader 用于加载我们项目中ClassPath下所创建的类和jar包中引用的类。
整个类加载,是通过一种叫做双亲委派的机制来进行加载。
举例来说,一个类被最下层的加载器(用户自定义ClassLoader)进行加载,此加载器首先会调用上一层的加载器(AppClassLoader)进行加载,而AppClassLoader会继续转交给上层(ExtClassLoader)的加载器进行加载,直到BootstrapClassLoader。 如果BootstrapClassLoader所加载的类路径找不到此类,那么才会交给下一层的加载器(ExtClassLoader)进行加载,如果找不到此类,继续交给下一层(AppClassLoader)进行加载。以此类推,如果用户自定义的ClassLoader也找不到此类,那么程序就会抛出一个ClassNotFoundError。
整个加载过程图示如下:
(图片引用自:https://www.cnblogs.com/xing901022/p/4574961.html)
类加载源的源码跟踪如下(在此对源码进行了适当的简化),读者可以点入源码进行查看:
package java.lang.ClassLoader; import .... protected Class> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // First,在虚拟机内存中查找是否已经加载过此类...类缓存的主要问题所在!!! Class> c = findLoadedClass(name); if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); try { if (parent != null) { //先让上一层加载器进行加载 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) { //调用此类加载器所实现的findClass方法进行加载 c = findClass(name); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; } }
在源码中可以完全领略到双亲委派机制的过程,其中最重要的三句代码已经进行了标注:
findLoadedClass(在虚拟机内存中查找是否已经加载过此类...类缓存的主要问题所在!!!)
parent.loadClass(先让上一层加载器进行加载)
findClass(调用此类加载器所实现的findClass方法进行加载)
如果用户需要自定义加载器,加载自己指定路径的class文件,需要继承ClassLoader,并实现findClass(String name)方法。举例如下:
package com.linuxidc.utils; import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.io.FileInputStream; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; public class ServiceClassLoader extends ClassLoader{ private String classPath; public ServiceClassLoader(String classPath) { this.classPath = classPath; } /** * 重写父类的findClass 方法。 父类的loadClass会调用此方法 */ @Override protected Class> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { Class> c = null; byte[] classData = getClassData(name); if (classData!=null) { c = defineClass(name, classData, 0, classData.length); }else { throw new ClassNotFoundException(); } return c; } // 将class文件通过IO流读取,转化为字节数组 private byte[] getClassData(String name) { String path = classPath + "/"+ name.replace('.', '/') + ".class"; InputStream iStream = null; ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream(); try { iStream = new FileInputStream(path); byte[] buffer = new byte[1024]; int temp = 0; while ((temp = iStream.read(buffer))!=-1) { byteArrayOutputStream.write(buffer, 0, temp); } if (byteArrayOutputStream!=null) { return byteArrayOutputStream.toByteArray(); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }finally { try { if (iStream!=null) { iStream.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } try { if (byteArrayOutputStream!=null) { byteArrayOutputStream.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } return null; } }
对类加载器的使用代码如下:
ServiceClassLoader serviceClassLoader = new ServiceClassLoader("c:\myclass"); Czlass> c = ServiceClassLoader.loadClass("com.linuxidc.service.Myclass");
如果 用同一个 ServiceClassLoader 对象去加载同一个Class文件多次,每次加载后的Class对象为同一个! 然而如果new不同的自定义ClassLoader去加载同一个Class文件,则每次会返回不同的Class对象。
注意:不能将所要加载的Class文件放到classpath目录及其任何子目录下,否则会被AppClassLoader优先加载 (这是由于类加载采用双亲委派机制,同时AppClassLoader可以加载所有在classpath下的class文件), 每次都是同一个AppClassLoader进行加载,因此会出现类缓存问题。
这样就解决了通常在JVM类加载时,直接使用反射出现的类缓存的问题。
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