類載入器ClassLoader

2020-09-22 22:30:14

上篇文章說到，Class類可以通過一個類的全限定名去載入類，那麼底層是如何去載入的呢？這就是我們今天要聊的類載入器ClassLoader，其可以通過一個類的全限定名來獲取描述此類的二進位制位元組流，也即是將編譯過後的Class檔案載入到記憶體中。

需要注意的是，即使是同一個類，類載入器不一樣，就必定不相等。

例如自定義了一個類載入器跟JVM預設載入器進行比對

/**
 *自定義類載入器
 */
class MyClassLoader extends ClassLoader {
    //類載入需要用到包名
    String packageName;

    public MyClassLoader(String packageName) throws ClassNotFoundException {
        this.packageName = packageName;
    }

    @Override
    public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        String filename = name + ".class";
        name = packageName+"."+name.substring(name.lastIndexOf("/")+1);
        InputStream is = null;
        try {
            is = new FileInputStream(new File(filename));
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        if (is == null) {
            return super.findClass(name);
        }
        try {
            byte[] bytes = new byte[is.available()];
            is.read(bytes);
            //根據class對應的二進位制檔案,呼叫defineClass
            return defineClass(name,bytes,0,bytes.length);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

//參數是包名，類載入需要用到包名 
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("com.liusy.lang");
//參數是java檔案編譯過後的全路徑
Object obj = myClassLoader.loadClass("H:/Code/IDEACODE/java_source_code/out/production/java_source_code/com/liusy/lang/ClassSource");
System.out.println(obj);System.out.println(obj instanceof ClassSource);

上述程式碼執行結果如下

Java的3種類載入器

1、Bootstrap ClassLoader，頂級載入器。

啟動類載入器，載入$JAVA_HOME$/jre/lib下的核心類庫，也是所有載入器的頂級父類，由c++所寫。也可以用JVM參數-Xbootclasspath指定其載入的目錄。

//檢視其載入的jar包資訊
Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()

2、Extension ClassLoader，擴展類載入器

負責載入$JAVA_HOME$/jre/lib/ext目錄中的jar檔案，是Application ClassLoader的父類。

//檢視其載入的jar包資訊
URL[] urLs = ((URLClassLoader) ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent()).getURLs();

3、Application ClassLoader，應用程式類載入器

系統預設載入器，負責載入使用者類所在路徑的類資訊。可以由ClassLoader.getSystemClassLoader()直接獲取。

下圖是獲取系統類載入器以及獲取其父類，可以看到，AppClassLoader的父類就是ExtClassLoader，而ExtClassLoader的父類是null，這是因為頂級載入器BootstrapClassLoader是用C++所寫，java無法獲取其資訊。

JVM的雙親委派模型（保證父類載入器會先載入類）

工作流程：如果一個類載入器收到了類載入的請求，首先不會自己去嘗試載入此類，而是把請求委派給父類載入器去完成，每一個層次的類載入器都是如此，因此所有的載入請求都會傳送到頂層的啟動類載入器中，只有當父載入器反饋無法完成此類的載入請求時，子載入器才會嘗試自己去載入。

就是預設載入器不會一開始就去載入，一直往上拋，拋到最頂層，如果到最頂層了，此時又不能載入類，就會往下拋，直到載入完為止。

具體如下圖

這個雙親委派特性體現在ClassLoader類的loadClass方法中

//name：類的全限定名
 //resolve：是否連結到指定的類 
 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        //檢視是否已被載入，如果是，則直接返回
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                //parent是父載入器，也就是一直往上拋
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    //沒有父載入器，直接找頂級載入器
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
            }

            if (c == null) {
                long t1 = System.nanoTime();
                //父類載入器無法載入的時候
                //用自定義載入器去載入
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {
            //連結到指定的類
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

上面的loadClass方法開頭有一個加鎖的程式碼，加鎖的物件的getClassLoadingLock是這個方法返回的。

protected Object getClassLoadingLock(String className) {
    Object lock = this;
    //parallelLockMap是一個Map物件
    //parallelLockMap為空，則直接返回當前ClassLoader
    if (parallelLockMap != null) {
        Object newLock = new Object();
        //className作為key，如果存在，則直接返回舊值，如果不存在，
        //則將newLock作為value存入，此時lock就是newLock
        lock = parallelLockMap.putIfAbsent(className, newLock);
        if (lock == null) {
            lock = newLock;
        }
    }
    return lock;
}

而parallelLockMap 是什麼東西呢？如下，是一個ConcurrentHashMap物件，文件顯示是該類不為null的時候當前載入器就具有並行的功能。

private final ConcurrentHashMap<String, Object> parallelLockMap;
private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) {
    this.parent = parent;
    //ParallelLoaders是靜態內部類
    if (ParallelLoaders.isRegistered(this.getClass())) {
        parallelLockMap = new ConcurrentHashMap<>();
        package2certs = new ConcurrentHashMap<>();
        domains = Collections.synchronizedSet(new HashSet<ProtectionDomain>());
        assertionLock = new Object();
    } else {
        // no finer-grained lock; lock on the classloader instance
        parallelLockMap = null;
        package2certs = new Hashtable<>();
        domains = new HashSet<>();
        assertionLock = this;
    }}

private static class ParallelLoaders {
        private ParallelLoaders() {}
        //擁有並行能力的set集合  
        private static final Set<Class<? extends ClassLoader>> loaderTypes =
            Collections.newSetFromMap(
                new WeakHashMap<Class<? extends ClassLoader>, Boolean>());
        static {
            synchronized (loaderTypes) { loaderTypes.add(ClassLoader.class); }
        }
        //往set集合上新增擁有並行能力的ClassLoader
        static boolean register(Class<? extends ClassLoader> c) {
            synchronized (loaderTypes) {
                if (loaderTypes.contains(c.getSuperclass())) {
                    loaderTypes.add(c);
                    return true;
                } else {
                    return false;
                }
            }
        }
        //判斷某個ClassLoader是否擁有並行能力
        static boolean isRegistered(Class<? extends ClassLoader> c) {
            synchronized (loaderTypes) {
                return loaderTypes.contains(c);
            }
        }
    }

另外，自定義類載入器官方推薦是重寫findClass()方法，這樣可以確保是符合雙親委派模型的。

=======================================================

我是Liusy，一個喜歡健身的程式設計師。

歡迎關注微信公眾號【Liusy01】，一起交流Java技術及健身，獲取更多幹貨。

類載入器ClassLoader

熱門文章