未加星标

Java类与类加载器

字体大小 | |
[系统(linux) 所属分类 系统(linux) | 发布者 店小二05 | 时间 20160901 | 作者 红领巾 ] 0人收藏点击收藏

虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放在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要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。

类加载器应用在:类层次划分、OSGi、热部署、代码加密等领域。

类与类加载器

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,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。

public class ClassLoaderTest {

public static void main(String[] args) throws Exception{

ClassLoader myLoader = new ClassLoader(){

@Override
public Class<?> loadClass(String name)
throws ClassNotFoundException {
try {
String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".")+1)+".class";
InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
if(is==null){
return super.loadClass(name);
}

byte[] b = new byte[is.available()];
is.read(b);
return defineClass(name,b,0,b.length);

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

};

Object obj = myLoader.loadClass("com.login.ClassLoaderTest").newInstance();
System.out.println(obj.getClass());

System.out.println(obj instanceof com.login.ClassLoaderTest);
}

}

运行结果:

class com.login.ClassLoaderTest
false

运行结果中可以看出:

1)这个对象确实是类com.login.ClassLoaderTest实例化出来的对象

2)返回false是因为:虚拟机中存在了两个ClassLoaderTest类,一个是由系统应用程序类加载器加载的,另外一个是由我们自定义的类加载器加载的,虽然都来自同一个Class文件,但依然是两个独立的类,做对象所属类型检查时结果自然为false。

双亲委派模型
从Java虚拟机角度来讲,只存在两种不同的类加载器:

1)启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):使用C++语言实现,虚拟机自身的一部分

2)所有其它的类加载器:由Java语言实现,独立于虚拟机外部,全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader

从Java开发人员的角度看,类加载器还可以更细划分,绝大部分Java程序会使用到如下:

1)启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):负责将存放在<JAVA_HOME>/lib目录中的,或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的,并且是虚拟机识别的(仅按照文件名识别,如rt.jar,名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载)类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被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类加载器,那直接使用null代替即可。

ClassLoader.getClassLoader()方法的代码片段:

/**
* Returns the class loader for the class. Some implementations may use
* null to represent the bootstrap class loader. This method will return
* null in such implementations if this class was loaded by the bootstrap
* class loader.
*/
@CallerSensitive
public ClassLoader getClassLoader() {
ClassLoader cl = getClassLoader0();
if (cl == null)
return null;
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
ClassLoader.checkClassLoaderPermission(cl, Reflection.getCallerClass());
}
return cl;
}

2)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。

3)应用程序类加载器(Application ClassLoader):这个类加载器由sun.misc.Launcher$App-ClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径(ClassPath)上所指定的类库,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。

类加载器的双亲委派模型(Parents Delegation Model):

Java类与类加载器

双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里类加载器直接的父子关系一般不会以继承(Inheritance)的关系来实现,而是都使用组合(Composition)关系来复用父类加载器的代码。它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一种类加载器实现方式。

双亲委派模型的工作过程是:如果一个类加载器收到了类加载的请求,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。

优点: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之中,无论哪个类加载器要加载这个类,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。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称为java.lang.Object的类,并放在程序的ClassPath中,那系统中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。可以尝试去编写一个与rt.jar类库中已有类重名的Java类,将会发现可以正常编译,但是永远无法被加载运行。

实现双亲委派的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中:

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
<span style="color:#ff0000;">// 首先,检查请求的类是否已经被加载过了
</span> 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) {
<span style="color:#ff0000;">// 如果父类加载器抛出ClassNotFoundException
// 说明父类加载器无法完成加载请求</span>
}
if (c == null) {
<span style="color:#ff0000;">// 在父类加载器无法加载的时候
// 在调用本身的findClass方法来进行类加载</span>
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) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}

先检查是否已经被加载过,若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法,若父类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。

破坏双亲委派模型
使用了“被破坏”这个词来形容不符合双亲委派模型原则的行为,这里“被破坏”并不带有贬义色彩。

双亲委派模型出现过3次较大规模的“被破坏”情况:

1)第一次破坏发生在双亲委派模型出现之前--JDK1.2发布之前。由于双亲委派模型在JDK1.2才被引入,而类加载器和抽象类java.lang.ClassLoader则在JDK1.0时代就已经存在,面对已经存在的用户自定义类加载器的实现代码,Java设计者引入双亲委派模型时不得不做出一些妥协。为了向前兼容,JDK1.2之后的java.lang.ClassLoader添加了一个新的protected方法findClass(),此之前,用户去继承java.lang.ClassLoader的唯一目的就是为了重写loadClass()方法, 因为虚拟机在进行类加载的时候会调用加载器的私有方法loadClassInternal(),而这个方法的唯一逻辑就是去调用自己的loadClass()。loadClass代码如上,JDK1.2之后以不提倡用户再去覆盖loadClass()方法,而应当把自己的类加载逻辑写到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号双亲委派规则的。

2)第二次破坏是由这个模型自身的缺陷所导致的,双亲委派很好地解决了各个类加载器的基础类的统一问题(越基础的类由越上层的加载器进行加载),基础类之所以称为“基础”,是因为它们总是作为被用户代码调用的API,但世事往往没有绝对的完美,如果基础类又要调用回用户的代码,那该怎么办?

一个典型的例子便是JNDI服务,JNDI现在已经是Java的标准服务,它的代码由启动类加载器去加载(在JDK1.3时放进去的rt.jar),但JNDI的目的就是对资源进行集中管理和查找,它需要调用由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,Service Provider Interface)的代码,但是启动类加载器不可能“认识”这些代码啊!那该怎么办?

为了解决这个问题,Java设计团队只好引入了一个不太优雅的设计:线程上下文类加载器(Thread Context ClassLoader)。这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContextClassLoader()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内都没有设置过的话,那这个类加载器默认就是应用程序类加载器。

有了线程上下文类加载器,就可以做一些“舞弊”的事情了,JNDI服务使用这个上下文类加载器去加载所需要的SPI代码,也就是父类加载器请求子类加载器去完成加载动作,这种行为实际上就是打通了双亲委派模型的层次结构来逆向使用类加载器,实际上已经违背了双亲委派模型的一般性原则,但这也是无可奈何的事情。Java中所有涉及SPI的加载动作基本上都采用这种方式,例如JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等。

3)第三次破坏是由于用户对程序动态性的追求导致的,这里所说的“动态性”指的是当前一些非常“热门”的名词:代码热替换(HotSwap)、模块热部署(Hot Deloyment)等。

目前OSGi已经成为了业界“事实上”的Java模块化标准,而OSGi实现模块化热部署的关键则是它自定义的类加载机制的实现。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连同类加载器一起替换掉以实现代码的热替换。

在OSGi环境下,类加载器不再是双亲委派模型中的树状结构,而是进一步发展为更加复杂的网状结构,当收到类加载请求时,OSGi将按照下面的顺序进行类搜索:

1)将以java.*开头的类委派给父类加载器加载。

2)否则,将委派列表名单内的类委派给父类加载器加载。

3)否则,将Import列表中的类委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载。

4)否则,查找当前Bundle的ClassPath,使用自己的类加载器加载。

5)否则,查找类是否在自己的Fragment Bundle中,如果在,则委派给Fragment Bundle的类加载器加载。

6)否则,查找Dynamic Import列表的Bundle,委派给对应Bundle的类加载器加载。

7)否则,类查找失败。

上面的查找顺序中只有开头两点仍然符合双亲委派规则,其余的类查找都是在平级的类加载器中进行的。

本文地址:http://www.linuxidc.com/Linux/2016-09/135313.htm


Java类与类加载器

本文系统(linux)相关术语:linux系统 鸟哥的linux私房菜 linux命令大全 linux操作系统

分页:12
转载请注明
本文标题:Java类与类加载器
本站链接:http://www.codesec.net/view/483473.html
分享请点击:


1.凡CodeSecTeam转载的文章,均出自其它媒体或其他官网介绍,目的在于传递更多的信息,并不代表本站赞同其观点和其真实性负责;
2.转载的文章仅代表原创作者观点,与本站无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,本站对该文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性,不作出任何保证或承若;
3.如本站转载稿涉及版权等问题,请作者及时联系本站,我们会及时处理。
登录后可拥有收藏文章、关注作者等权限...
技术大类 技术大类 | 系统(linux) | 评论(0) | 阅读(31)