Java中ClassLoader类加载的示例分析
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双亲委派模型
类加载这个概念应该算是Java语言的一种创新,目的是为了将类的加载过程与虚拟机解耦,达到”通过类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流“的目的。实现这个功能的代码模块就是类加载器。类加载器的基本模型就是大名鼎鼎的双亲委派模型(Parents Delegation Model)。听上去很牛掰,其实逻辑很简单,在需要加载一个类的时候,我们首先判断该类是否已被加载,如果没有就判断是否已被父加载器加载,如果还没有再调用自己的findClass方法尝试加载。基本的模型就是这样(盗图侵删):
实现起来也很简单,重点就是ClassLoader类的loadClass方法,源码如下:
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(); 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(); 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) { Class(c); } return c; } }
突然感觉被逗了,怎么默认直接就抛了异常呢?其实是因为ClassLoader这个类是一个抽象类,实际在使用时候会写个子类,这个方法会按照需要被重写,来完成业务需要的加载过程。
自定义ClassLoader
在自定义ClassLoader的子类时候,我们常见的会有两种做法,一种是重写loadClass方法,另一种是重写findClass方法。其实这两种方法本质上差不多,毕竟loadClass也会调用findClass,但是从逻辑上讲我们最好不要直接修改loadClass的内部逻辑。
个人认为比较好的做法其实是只在findClass里重写自定义类的加载方法。
为啥说这种比较好呢,因为前面我也说道,loadClass这个方法是实现双亲委托模型逻辑的地方,擅自修改这个方法会导致模型被破坏,容易造成问题。因此我们最好是在双亲委托模型框架内进行小范围的改动,不破坏原有的稳定结构。同时,也避免了自己重写loadClass方法的过程中必须写双亲委托的重复代码,从代码的复用性来看,不直接修改这个方法始终是比较好的选择。
当然,如果是刻意要破坏双亲委托模型就另说。
破坏双亲委托模型
为什么要破坏双亲委托模型呢?
其实在某些情况下,我们可能需要加载两个不同的类,但是不巧的是这两个类的名字完全一样,这时候双亲委托模型就无法满足我们的要求了,我们就要重写loadClass方法破坏双亲委托模型,让同一个类名加载多次。当然,这里说的破坏只是局部意义上的破坏。
但是类名相同了,jvm怎么区别这两个类呢?显然,这并不会造成什么世界观的崩塌,其实类在jvm里并不仅是通过类名来限定的,他还属于加载他的ClassLoader。由不同ClassLoader加载的类其实是互不影响的。
做一个实验。
我们先写两个类:
package com.mythsman.test; public class Hello { public void say() { System.out.println("This is from Hello v1"); } }
package com.mythsman.test; public class Hello { public void say() { System.out.println("This is from Hello v2"); } }
两个类名字一样,唯一的区别是方法的实现不一样。我们先分别编译,然后把生成的class文件重命名为Hello.class.1和Hello.class.2。
我们的目的是希望能在测试类里分别创建这两个类的实例。
接着我们新建一个测试类com.mythsman.test.Main,在主函数里创建两个自定义的ClassLoader:
ClassLoader classLoader1=new ClassLoader() { @Override public Class> loadClass(String s) throws ClassNotFoundException { try { if (s.equals("com.mythsman.test.Hello")) { byte[] classBytes = Files.readAllBytes(Paths.get("/home/myths/Desktop/test/Hello.class.1")); return defineClass(s, classBytes, 0, classBytes.length); }else{ return super.loadClass(s); } }catch (IOException e) { throw new ClassNotFoundException(s); } } }; ClassLoader classLoader2=new ClassLoader() { @Override public Class> loadClass(String s) throws ClassNotFoundException { try { if (s.equals("com.mythsman.test.Hello")) { byte[] classBytes = Files.readAllBytes(Paths.get("/home/myths/Desktop/test/Hello.class.2")); return defineClass(s, classBytes, 0, classBytes.length); }else{ return super.loadClass(s); } }catch (IOException e) { throw new ClassNotFoundException(s); } } };
这两个ClassLoader的用途就是分别关联Hello类的两种不同字节码,我们需要读取字节码文件并通过defineClass方法加载成class。注意我们重载的是loadClass方法,如果是重载findClass方法那么由于loadClass方法的双亲委托处理机制,第二个ClassLoader的findClass方法其实并不会被调用。
那我们怎么生成实例呢?显然我们不能直接用类名来引用(名称冲突),那就只能用反射了:
Object helloV1=classLoader1.loadClass("com.mythsman.test.Hello").newInstance(); Object helloV2=classLoader2.loadClass("com.mythsman.test.Hello").newInstance(); helloV1.getClass().getMethod("say").invoke(helloV1); helloV2.getClass().getMethod("say").invoke(helloV2);
输出:
This is from Hello v1 This is from Hello v2
OK,这样就算是完成了两次加载,但是还有几个注意点需要关注下。
两个类的关系是什么
显然这两个类并不是同一个类,但是他们的名字一样,那么类似isinstance of之类的操作符结果是什么样的呢:
System.out.println("class:"+helloV1.getClass()); System.out.println("class:"+helloV2.getClass()); System.out.println("hashCode:"+helloV1.getClass().hashCode()); System.out.println("hashCode:"+helloV2.getClass().hashCode()); System.out.println("classLoader:"+helloV1.getClass().getClassLoader()); System.out.println("classLoader:"+helloV2.getClass().getClassLoader());
输出:
class:class com.mythsman.test.Hello class:class com.mythsman.test.Hello hashCode:1581781576 hashCode:1725154839 classLoader:com.mythsman.test.Main$1@5e2de80c classLoader:com.mythsman.test.Main$2@266474c2
他们的类名的确是一样的,但是类的hashcode不一样,也就意味着这两个本质不是一个类,而且他们的类加载器也不同(其实就是Main的两个内部类)。
这两个类加载器跟系统的三层类加载器是什么关系
以第一个自定义的类加载器为例:
System.out.println(classLoader1.getParent().getParent().getParent()); System.out.println(classLoader1.getParent().getParent()); System.out.println(classLoader1.getParent()); System.out.println(classLoader1 ); System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());
输出:
null sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@60e53b93 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 com.mythsman.test.Main$1@5e2de80c sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
我们可以看到,第四行就是这个自定义的ClassLoader,他的父亲是AppClassLoader,爷爷是ExtClassLoader,太爷爷是null,其实就是用C写的BootStrapClassLoader。而当前系统的ClassLoader就是这个AppClassLoader。
当然,这里说的父子关系并不是继承关系,而是组合关系,子ClassLoader保存了父ClassLoader的一个引用(parent)。
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