理解和運用 ClassLoader 該篇文章就夠了

  • 2021 年 1 月 30 日
  • 筆記

定義

根據《深入理解Java虛擬機》提到「通過一個類的全限定名(packageName.ClassName)來獲取描述此類的二進位位元組(class文件位元組)這個動作的程式碼模組就叫做類載入器(ClassLoader)」。

作用

1、通常類載入器的作用是載入資源（位元組碼文件）到java虛擬機中，想要在一個jvm 進程中唯一確認一個類，除了類的全限定名外，還需要指定它是由哪個類載入器載入的。
2、比如我們的類庫需要通過遠程網路獲取，可以通過自定義類載入器從遠程載入位元組碼文件。
3、java的位元組碼文件很容易反編譯出來，一些核心的程式碼不想被反編譯出來，可以對位元組碼進行加密，然後通過自定義的類載入器載入這些位元組碼，然後進行解碼返回給虛擬機。
4、比如jvm的熱載入和熱部署等功能也需要自定義類載入器來完成。
…….

java類載入器的種類

1、Bootstrap ClassLoader : 該載入器是最頂層的類載入器，它是載入放在{Java_home}\lib目錄 或者-Xbootclasspath指定路徑下類庫。

2、Extension ClassLoader : 該類載入器負載載入{Java_home}/lib\ext目錄 或者System.getenv(“java.ext.dirs”)系統變數路徑下的類庫。

3、Application ClassLoader : 該類載入器載入用戶程式類路徑下的類庫，它是默認的程式的類載入器。

雙親委派機制

1、雙親委派機制，雙親委派除了啟動類載入器(Bootstrap ClassLoader)外,其他的類載入器都應該有自己父載入器。它們的實現不是通過繼承來實現的，而是通過組合的方式。當載入某個Class時,當前類載入器會把這個載入請求委派給其父類載入器載入，同理父類載入器同樣委派其它的父類載入器載入，直到無其父類類載入器載入為止，如果父類載入器載入失敗，才會由其子類載入。

2、使用雙親委派機制，有個明顯的特徵是：Java類隨著它的類載入器一起具備了一種優先順序的層次關係。比如rt.jar包中的java.lang.Object,由於它所在位置是由啟動類載入器載入，所以Object類在程式的各種類載入器環境中都是同一個類。

3、雙親委派模型如下：

ClassLoader

可以看下ClassLoader 雙親委派模型的大致程式碼框架如下：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 1、查看該類是否載入
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
 		    // 2、如果未載入，委託給父類載入器載入
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                    //3、沒有父類載入器，委託給BootstrapClassLoader
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // 父類載入器沒有載入到，則自己載入
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);

                    //  記錄該類載入的狀態Stat. 
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
 	    // resolve ：true,需要對類進行鏈接（鏈接階段包括：準備，解析，初始化類）
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

1、通過以上可以知道，我們可以繼承ClassLoader 來實現自己的類載入器，然後重寫findClass()方法，這些還是保存了雙親委派機制。
2、當我們重寫findClass()方法時，得到該類的位元組碼後，需要調用defineClass()來放回Class<?>對象。

URLClassLoader

1、一般自定義的類載入器可以直接繼承該類，該類載入器通過添加url路徑來獲取類。
2、可以在其構造函數上URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent)直接進行添加其URL。
3、也可以通過addURL(URL)添加其URL。

自定義類載入器

1、首先假設main-project為我們自己編寫的工程，其依賴某一api:service-spi。而service-spi的實現有很多，project-spi-impl是其中的一個。
2、當main-project僅依賴service-spi，而project-spi-impl不在工程的類載入路徑下。所以需要自定義類載入器，從某個路徑下的jar載入進來。CoreClassLoader就是自定義的類載入器。
3、CoreClassLoader繼承自URLClassLoader,然後把相關搜索路徑添加到該類載入器即可。
4.github://github.com/zhvqee/class-loader

SpringBoot 對類載入器的運用

1、SpringBoot 工程通過spring-boot-maven-plugin插件打包。把相關資源和依賴包都打到一個jar包中(all in one)。其包的結構如下：

BOOT-INF/classes:存放的是本工程的class文件
BOOT-INF/lib:存放的是本工程依賴的二方包和三方包。
META-INF/MANIFEST.MF:該文件記錄了程式啟動入口等。
o.s.b.loader包下就是springboot自定義的類載入器。
2、當我們執行java -jar xxxx 時，會讀取MANIFEST.MF下
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher，
該配置就是程式的路口。而我們編寫的Main方法不是真正的啟動的入口。
3、當執行Launcher#launch()方法時，會把SpringBoot自定義的類載入器LaunchedURLClassLoader設置執行緒的上下文中，並通過該自定義類載入器載入我們自己編寫的main方法所在的類，然後利用反射調用main方法。程式碼片段如下：

Class<?> mainClass = Thread.currentThread().getContextClassLoader().loadClass(this.mainClassName);
Method mainMethod = mainClass.getDeclaredMethod("main", String[].class);
mainMethod.invoke(null, new Object[] { this.args });

4、LaunchedURLClassLoader 類載入器繼承URLClassLoader類載入器，它載入的路徑就是可執行jar下BOOT-INF下的class文件和二方包、三方包。

Class.forName() 和 ClassLoader.load()

1、JVM 載入的類主要經過以下幾個步驟：載入，鏈接，初始化，試用，卸載。
2、Class.forName()默認是需要對載入的類進行初始化。
3、ClassLoader.load實際調用的是ClassLoader.load(className,false),false：表示不進行鏈接，不進行鏈接也就代表不會進行初始化的操作，類的靜態塊和靜態對象都不會執行。
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