上一篇:类文件结构:https://blog.csdn.net/pcwl1206/article/details/84197219
第6篇:虚拟机类加载机制
1、概述
上一篇文章中讲诉了Class文件存储格式的具体细节,在Class文件中的描述的各种信息,最终都要加载到虚拟机中之后才能运行和使用。那么虚拟机如何加载这些Class文件?Class文件中的信息进入到虚拟机后会发生什么变化?本篇文章将对这些问题进行解答。
虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型,这就是虚拟机的类加载机制。
类从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存为止,它的整个生命周期包括:加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接,这7个阶段发生的顺序如下图所示:
![](https://img-blog.csdnimg.cn/20181119215922339.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Bjd2wxMjA2,size_16,color_FFFFFF,t_70)
加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的,类的加载过程必须按照这样的顺序按部就班地开始,而解析阶段则不一定:它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始,这是为了支持Java语言的运行时绑定。这些阶段通常会相互交叉地混合式进行,通常会在一个阶段执行过程中调用、激活另外一个阶段。
2、类加载的时机
首先要明确什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段:加载。Java虚拟机规范中并没有进行强制约束,但是却规定了类必须进行初始化的5种情况,那么加载、验证和准备阶段自然要在初始化之前开始。具体的5种情况如下图所示:
![](https://img-blog.csdnimg.cn/20181119221039267.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Bjd2wxMjA2,size_16,color_FFFFFF,t_70)
第一种情况:“遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令”在Java中最常见的场景是:
- new一个对象时;
- set或get一个类的静态字段(除去那些被final修饰放入常量池的静态字段);
- 调用一个类的静态方法。
说明:上面的这5种会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语:“有且只有”,这5种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外,所有引用类的方式都不会触发初始化,称为被动引用。
下面给出几个被动引用的案例:
【案例1:通过子类引用父类的静态字段,不会导致子类初始化】
class SuperClass {
static{
System.out.println("SuperClass init!");
}
public static int value = 123;
}
class SubClass extends SuperClass{
static{
System.out.println("SubClass init!");
}
}
class NotInitialization{
public static void main(String[] args) {
System.out.println(SubClass.value);
}
}
运行结果:
从运行结果可以看出,结果只输出了“SuperClass init!”而没有输出“SubClass init!”。
对于静态字段,只有直接定义这个字段的类才会被初始化,因此通过子类来引用父类中定义的静态字段,只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。
【案例2:通过数组定义来引用类,不会触发此类的初始化】
class SuperClass {
static{
System.out.println("SuperClass init!");
}
public static int value = 123;
}
class SubClass extends SuperClass{
static{
System.out.println("SubClass init!");
}
}
class NotInitialization{
public static void main(String[] args) {
SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
}
}
结果并没有打印出“SuperClass init!”,说明并没有出发类Super的初始化阶段。
【案例3:常量在编译阶段会存入调用类的常量池中,本质上并没有直接引用到定义常量的类,因此不会触发定义常量的类的初始化】
class ConstClass {
static{
System.out.println("ConstClass init!");
}
public static final String HELLOWORD = "hello world";
}
class NotInitialization{
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ConstClass.HELLOWORD);
}
}
运行结果:
结果中并未输出“ConstClass init!”,这是因为虽然在Java源码中引用ConstClass类中的常量HELLOWORLD,但其实通过常量传播优化,已经将此常量的值“hello world”存储到了NotInitialization类的常量池中,以后NotInitialization对常量ConstClass.HELLOWORD的引用实际都转化为NotInitialization类对自身常量池的引用。也就是说NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口,在这两个类在编译成Class之后就不存在任何联系了。
当一个类在初始化时,要求其父类全部都已经初始化过了,但是一个接口在初始化时,并不要求其父接口全部都完成了初始化,只有在真正使用到父接口的时候才会初始化。
3、类加载的过程
下面详细讲解Java虚拟机中类加载的全过程,也就是加载、验证、准备、解析和初始化这5个阶段所执行的具体动作。
3.1 加载
加载是整个类加载过程的第一步。如果需要创建类或者接口,就需要先在Java虚拟机方法区创建与虚拟机实现规定相匹配的内部表示。一般来说,类的创建是由另一个类或者接口触发的,它通过自己的运行时常量池引用到了需要创建的类,也可能是由于调用了Java核心类库的某些方法,比如:反射等。
在加载阶段,虚拟机需要完成以下三件事情:
- 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流;
- 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构;
- 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问接口。
这里需要说明的是数组类和非数组类的加载阶段不同:
- 非数组类:可以使用系统提供的引导类加载器或者自定义的类加载器加载类的二进制表示,即Class文件;
- 数组类:数组类本身不通过类加载器创建,它是由Java虚拟机直接创建的,虚拟机递归地采用上诉的加载过程不断加载数组的组件。
加载阶段完成后,虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中,方法区中的数据存储格式由虚拟机实现自行定义。然后在内存中实例化一个java.lang.Class类的对象(HotSpot虚拟机将特殊的Class类的对象放在方法区中),这个对象将作为程序访问方法区的这些类型数据的外部接口(比如上面案例里提到的:Class.HEELOWORLD)。
加载阶段与连接阶段的部分内容(如:一部分字节码文件格式验证动作)是交叉进行的,加载阶段尚未完成,连接阶段可能已经开始,但这些夹在加载阶段之中进行的动作,仍然属于连接阶段的内容,这两个阶段的开始时间仍然保持着固定的先后顺序。
3.2 验证
验证是连接阶段的第一步,主要目的是:为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全。
验证阶段大致上分为4个阶段的检验动作:文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。
3.2.1 文件格式验证
第一阶段主要验证字节流是否符合Class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机所处理。主要的验证点如下:
- 是否以魔数0xCAFEBABE(java)开头;
- 主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内;
- 常量池的常量中是否有不被支持的常量类型(检查常量tag标志);
- 指向常量的各种索引值是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量;
- CONSTANT_Utf8_info型的常量中是否有不符合UTF8编码的数据;
- Class文件中各个部分以及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息。
- ...................
该验证阶段的主要目的是:保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区之内,格式上符合描述一个Java类型信息的要求。
这个阶段的的验证是基于二进制字节流进行的,只有通过了这个阶段的验证后,字节流才会进入内存的方法区中进行存储,所以后面的3个验证阶段全部都是基于方法区的存储结构进行的,不会直接操作字节流。
3.2.2 元数据验证
元数据的验证目的是:对类的元数据信息(字节码中描述的信息)进行语义校验,保证不存在不符合Java语言规范的元数据信息。主要的验证点如下:
- 这个类是否有父类(除了java.lang.Object之外,所有的类都应当有父类);
- 这个类的父类是否继承了不允许被继承的类(被final修饰的类);
- 如果这个类不是抽象类,是否实现了其父类或接口中要求实现的所有方法;
- 类中的字段、方法是否与父类产生矛盾,如:覆盖了父类的final字段,或者出现不符合规则的方法重载。
- ....................
3.2.3 字节码验证
字节码验证的目的是:通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。在元数据验证阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后,这个阶段将对类的方法体进行检验分析,保证被检验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事情。主要的验证点如下:
- 保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作,例如不会出现类似这样的情况:在操作数栈放置了一个int类型的数据,使用时却按照long类型来加载入本地变量表;
- 保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上;
- 保证方法体中的类型转换是有效的。例如:子类赋值给父类是合法的,但是父类赋值给子类或者赋值给其他毫无继承关系的数据类型,则是不合法的。
JDK1.6以后,方法体的Code属性的属性表中新增了“StackMapTable”属性,将字节码验证的类型推导转变为类型检查从而节省一些时间。
3.2.4 符号引用验证
最后一个阶段的检验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候,这个转化动作将在连接的第三个阶段——解析阶段中发生。
符号引用验证的目的是:确保解析动作能正常执行,如果无法通过符号引用验证,那么将会抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError异常的子类。
符号引用验证可以看做是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验。主要的验证点如下:
- 符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类;
- 在指定类中是否存在符合方法的字段描述以及简单名称所描述的方法和字段;
- 符号引用类中的类、字段、方法的访问性是否可被当前类访问。
- ...........................
这里需要说明的是:对于虚拟机的类加载机制,验证阶段非常重要但不是必要的阶段。如果所运行的全部代码都已经被反复使用和验证过,那么在实施阶段就可以考虑使用-Xverify:none参数来关闭大部分的类验证措施,以缩短虚拟机加载的时间。
3.3 准备
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这时候进行内存分配的仅包括类变量(被static修饰的变量),而不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。其次,这里说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值。假设一个类变量定义为:
public static int value = 123;
变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123,因为这个时候尚未开始执行任何Java方法,而把value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后,存放于类构造器<clinit>()方法之中,所以把value赋值为123的动作将在初始化阶段才会执行。
Java所有的基本数据类型的零值如下表所示:
数据类型 | 零值 |
---|---|
int | 0 |
long | 0L |
short | (short)0 |
char | '\u0000' |
byte | (byte)0 |
boolean | false |
float | 0.0f |
double | 0.0d |
reference | null |
“通常情况”下初始值是零值,那相对的会有一些“特殊情况”:如果类字段的字段属性表中存放在ConstantValue属性,那在准备阶段变量value就会被初始化为ConstantValue属性所指的值,假设上面类变量value的定义变为:
public static final int value = 123;
编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性,在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为123。
3.4 解析
解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用在Class文件中以:CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等类型的常量出现。先看符号引用和直接引用的定义:
- 符号引用:以一组符号来描述所引用的目标,符号可以是任何形式的字面量,只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关,引用的目标并不一定已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局各不相同,但是它们能接受的符号引用必须都是一致的,因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
- 直接引用:直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是和虚拟机实现的内存布局相关的,同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用,那引用的目标必定已经在内存中存在。
虚拟机规范并未规定解析阶段发生的具体时间,只要求在执行以下16个用于操作符号引用的字节码指令之前,先对它们所使用的符号引用进行解析。
对同一个符号进行多次解析请求时,除了invokedynamic指令外,虚拟机可以对第一次解析的结果进行缓存(在运行时常量池中记录直接引用,并把常量标识为已解析状态),后面再遇到时,直接引用,从而避免解析动作重复进行。
对于invokedynamic指令,上面的规则不成立。invokedynamic指令的目的是用于动态语言支持,它所对应得引用称为“动态调用点限定符”,动态的含义就是必须等到程序实际运行到这条指令的时候,解析动作才能进行。相对的,其余可触发解析的指令都是“静态”的,可以在刚刚完成加载阶段,还没有开始执行代码时就进行解析。
解析动作主要针对下表中的7类符号引用:本文先详解前4类,后3类,后面的文章再讲。
符号引用 | 常量池中对应的类型 |
---|---|
类或接口 | CONSTANT_Class_info |
字段 | CONSTANT_Fieldref_info |
类方法 | CONSTANT_Methodref_info |
接口方法 | CONSTANT_InterfaceMethodref_info |
方法类型 | CONSTANT_MethodType_info |
方法句柄 | CONSTANT_MethodHandle_info |
调用点限定符 | CONSTANT_InvokeDynamic_info |
1、类和接口的解析
假设当前代码所处的类为D,如果要把一个从未解析过的符号引用N解析为一个类或接口C的直接引用,那虚拟机完成整个解析的过程需要以下3个步骤:
- 如果C不是一个数组类型,那虚拟机会把代表N的全限定名传递给D的类加载器去加载这个类C。在加载过程中,由于元数据验证、字节码验证的需要,又可能触发其他相关类的动作,例如加载这个类的父类或实现的接口。一旦这个加载过程中出现了任何异常,解析过程就宣告失败;
- 如果C是一个数组类型,并且数组的元素类型为对象,也就是N的描述符会是类似“[Ljava/lang/Integer]”的形式,则按照第1点的规则加载数组元素类型。(其实是一个递归调用的过程,直至到一维数组)。如果N的描述符如前面假设的形式,需要加载的元素类型就是“java.lang.Integer”,接着由虚拟机生成一个代表此数组维度和元素的数组对象;
- 如果上面的步骤没有出现任何异常,那么C在虚拟机中实际上已经成为一个有效的类或接口了,但在解析完成之前还要对符号引用验证,确定D是否具备对C的访问权限。如果发现不具备访问权限,则抛出java.lang.IllegalAccessError异常。
2、字段解析
要解析一个未被解析过的字段符号引用,首先将会对字段表内class_index项索引的CONSTANT_Class_info符号引用进行解析也就是字段所属的类或接口的符号引用。如果在解析这个类或接口符号引用的过程中出现任何异常,都会导致字段符号引用解析的失败。如果解析成功完成,那将这个字段所属的类或接口用C表示,虚拟机规范要求按照如下步骤对C进行后续字段的搜索。
- 如果C本身就包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段,则返回这个字段的直接引用,查找结束;
- 否则,如果在C中实现了接口,将会按照继承关系从下往上递归搜索各个接口和它的父接口,如果接口中包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段,则返回这个字段的直接引用,查找结束;
- 否则,如果C不是java.lang.Object的话,将会按照继承关系从下往上递归搜索其父类,如果在父类中包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段,则返回这个字段的直接引用,查找结束;
- 否则,查找失败,抛出java.lang.NoSuchFieldError异常。如果查找成功,还需要对这个字段进行权限验证,看是否对这个字段具有访问权限。
3、类方法解析
类方法解析的第一步骤与字段解析一样,也需要先解析出类方法表的class_index项中索引的方法所属的类或接口的符号引用,如果解析成功,用C表示这个类,虚拟机按照如下的步骤进行后续的类方法搜索。
- 类方法和接口方法符号引用的常量类型定义是分开的,如果在类方法表中发现class_index中索引的C是个接口,那就直接抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError异常;
- 如果通过了第1步,在类C中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束;
- 否则,在类C的父类中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束;
- 否则,在类C实现的接口列表及它们的父接口之中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果存在匹配的方法,说明类C是一个抽象类,这时查找结束,抛出java.lang.AbstractMethodError异常;
- 否则,方法查找失败,抛出java.lang.NoSuchMethodError。
- 如果查找成功返回了直接引用,需要对这个方法进行权限验证。
4、接口方法解析
接口方法也需要先解析出接口方法表的class_index项中索引的方法所属的类或接口的符号引用,如果解析成功,依然用C表示这个接口,虚拟机将按照如下步骤进行接口方法的搜索。
- 与类方法解析不同,如果在接口方法表中发现class_index中的索引C是个类而不是接口,那就直接抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError异常;
- 否则,在接口C中查找是否具有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束;
- 否则,在接口C的父接口中递归查找,直到java.lang.Object类为止,看是否具有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束;
- 否则,方法查找失败,抛出java.lang.NoSuchMethodError。
- 说明:由于接口中的方法默认都是public的,所以不存在访问权限的问题。
3.5 初始化
类初始化阶段是类加载过程的最后一步,前面的类加载过程中,除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外,其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段,才正在开始执行类中定义的Java程序代码(或者说是字节码)。
在准备阶段,变量已经赋过一次系统要求的初始值了,而在初始化阶段,则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源,或者可以从另外一个角度来表达:初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。先看下<clinit>()方法执行过程中可能会影响程序运行行为的特点和细节。
- <clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块(static{}块)中的语句合并产生的,编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的,静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量,定义在它之后的变量,在前面的静态语句块中可以赋值但是不能访问。
public class Test{
static{
i = 0; // 给变量i赋值可以正常编译通过
System.out.print(i); // 这句编译器会提示“非法向前引用”
}
static int i = 1;
}
- <clinit>()方法与类构造器函数(或者说实例构造器<init>()方法)不同,它不需要显式地调用父类构造器,虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行之前,父类的<clinit>()方法已经执行完毕。因此虚拟机中第一个被执行<clinit>()方法的类是java.lang.Object。
- 由于父类的<clinit>方法先执行,也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作,因此下述代码中字段B的值是2而不是1。
static class Parent{
public static int A = 1;
static{
A = 2;
}
}
static class Sub extends Parent{
public static int B = A;
}
public static void main(String[] args){
System.out.println(Sub.B); // 结果是2
}
- <clinit>()方法对于类或接口来说并不是必需的,如果一个类中没有静态语句块,也没有对类变量的赋值操作,那么编译器可以不为这个类生成<clinit方法>。
- 接口中不能使用静态语句块,但仍然有变量初始化的赋值操作,因为接口与类一样都会生成<clinit>()方法。但接口与类不同的是,执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>方法,只有当父接口中定义的变量使用时,父接口才会初始化。另外,接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的<clinit>()方法。
- 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步,如果多个线程同时去初始化一个类,那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法,其他线程都需要阻塞等待,直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。
4、类加载器
虚拟机把类加载阶段中的“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的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。
4.1 类与类加载器
类加载器虽然只用于实现类的加载动作,但它与Java程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段。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,每个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。换句话说: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,那么这两个类就必定不相等。
这里说的“相等”,包括:equals()、isAssignableFrom()、isInstance()方法的返回结果以及instanceof关键字做对象所属关系判定的情况。
类加载器就是执行上面类加载流程的一些类,系统默认的就有一些类加载器,从JVM的角度看,只有两种类加载器:
1、启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):这个类加载器是由C++语言实现的,是虚拟机自身的一部分。负责将存在<JAVA_HOME>\lib目录中的,或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的类库加载到虚拟机内存中。启动内加载器无法被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/启动类加载器,直接使用null即可;
2、其他类加载器: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。如扩展类加载器和应用程序类加载器;
2.1 扩展类加载器(Extension ClassLoader):这个类加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库,开发者可以直接使用扩展类加载器。
2.2 应用程序类加载器(Application ClassLoader):这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoder实现。由于个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也称之为系统类加载器。它负责加载用户路径(ClassPath)所指定的类库,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。
4.2 双亲委派模型 ---- 重要
应用程序一般是由上诉的三种类加载器相互配合进行加载的,如果有必要,还可以加入自己定义的类加载器,它们的关系如下图所示:
![](https://img-blog.csdnimg.cn/20181120175117156.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Bjd2wxMjA2,size_16,color_FFFFFF,t_70)
上图展示的类加载器之间的这种层次关系,称为类加载器的双亲委派模型(Parents Delegation Model)。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的累加器都应当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现,而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。
双亲委派模型的工作过程:
如果一个类加载器收到了类加载请求,它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,只有当父类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。
使用双亲委派模型的好处:
Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如:类java.lang.Object,它存放在rt.jar中,无论哪一个类加载器需要加载这个类,最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载,因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类(使用的是同一个类加载器加载的)。相反,如果没有使用双亲委派模型,由各个类加载器自行去加载的话,如果用户自己编写了一个java.lang.Object类,并放在程序的ClassPath中,那么系统将会出现多个不同的Object类,java类型体系中最基础的行为也就无法保证,应用程序也将变得一片混乱。
双亲委派模型的代码实现:
实现双亲委派的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中,逻辑清晰易懂: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类加载器。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。
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{
// 首先,检查亲求的类是否已经被加载过了
Class c = findLoadedClass(name);
if(c == null){
try{
if(parent != null){
c = parent.loadClass(name, false); // 加载父加载器
}else{
c = findBootstrapClassOrNull(name); // 父加载器为空,加载启动加载器
}
}catch(ClassNotFoundException e){
// 如果父类加载器抛出ClassNotFoundException,说明父加载器无法完成加载请求
}
if(c == null){
// 在父类加载器无法完成加载的时候,再调用本身的findClass方法来进行类加载
c = findClass(name);
}
}
if(resolve){
resolveClass(c);
}
return c;
}
这里补充一点:若要实现自定义类加载器,只需要继承java.lang.ClassLoader类,并且重写其findClass()方法即可。java.lang.ClassLoader类的基本职责就是根据一个指定的类的名称,找到或者生成其对应的字节码,然后从这些字节码中定义出一个Java类,即java.lang.Class得一个实例。除此之外,ClassLoader还负责加载Java应用所需的资源,如:图像文件和配置文件等。
ClassLoader中与加载类相关的方法如下:
方法 | 说明 |
---|---|
getParent() | 返回该类加载器的父类加载器 |
loadClass(String name) | 加载二进制名为name的类,返回的结果是java.lang.Class类的实例 |
findClass(String name) | 查找名称为name的类,返回的结果是java.lang.Class类的实例 |
findLoadedClass(String name) | 查找名称为name的已经被加载过的类,返回的结果是java.lang.Class类的实例 |
resolveClass(Class<?> c) | 链接指定的Java类 |
4.3 破坏双亲委派模型
上文中的双亲委派模型并不是一个强制性的约束模型,而是Java设计者推荐给开发者的类加载器实现方式。在Java的世界中大部分的类加载器都遵循这个模型,但是也有例外,目前为止,双亲委派模型主要出现过三次较大规模的“被破坏”情况。
第一次:在双亲委派模型发布之前,即JDK1.2之前。为了兼容之前JDK版本中自定义类加载器的实现。
解决办法:把自己的类加载器逻辑写到findClass()方法中,在loadClass()方法的逻辑里如果父类加载失败,则会调用自己写的findClass()方法来完成加载,这样就可以保证新写出来的类加载器是符合双亲委派模型的。
第二次:自身的缺陷所致。
JNDI服务需要调用独立厂商实现并部署在应用程序的ClassPath下的JNDI接口提供者(SPI)的代码,但是启动类加载器不认识这些代码。
解决办法:引入上下文类加载器(Thread Context ClassLoader)。这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContextClassLoaser()方法进行设置,如果创建线程时还未设置,它将会从父线程中继承一个,如果在应用程序的全局范围都没有设置过的话,那这个类加载器默认就是应用程序的类加载了。
类似的服务还有:JDBC、JCE、JAXB、JBI等等。
第三次:用户对动态性的追求而导致的,例如:代码热替换、热部署
解决办法:OSGI实现模块化热部署的关键是它自定义的类加载机制实现的。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部署。
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推荐及参考:
1、深入理解JVM类加载机制:https://blog.csdn.net/a724888/article/details/78396462【必读】
这篇文章不仅对《深入理解java虚拟机》的类加载机制做了读书笔记,而且还根据自己的观点对每个点做了简单的总结,还具体讲解了自定义类加载器的实现过程以及Tomact的类加载器架构。
2、类加载机制:https://blog.csdn.net/chjttony/article/details/7909502