4.自定義類載入器實現及在tomcat中的應用
- 2021 年 10 月 7 日
- 筆記
- jdk自定義類載入器, jvm虛擬機, 類載入原理
了解了類載入器的雙親委派機制, 也知道了雙親委派機制的原理，接下來就是檢驗我們學習是否紮實了，來自定義一個類載入器
一. 回顧類載入器的原理
還是這張圖，類載入器的入口是c++調用java程式碼創建了JVM啟動器，其中的一個啟動器是sun.misc.Launcher啟動器。這個啟動器啟動並載入的AppClassLoader和ExtClassLoader。然後調用launcher.getClassLoader()方法獲取loader對象， loader對象本質是一個ClassLoader，然後調用了ClassLoader的loadClass(“…”)方法載入類。也是在loadClass(“…”)方法里實現了雙親委派機制。
詳細原理參考文章：//www.cnblogs.com/ITPower/p/15363400.html
二、自定義類載入器分析
對於類載入器, 我們知道他的重點是loadClass(…)方法, 裡面的雙親委派機制也是在loadClass方法裡面實現的. loadClass方法裡面實際上去載入類的是findClass()方法. 對於我們自定義的類載入器來說需要做到兩點即可
-
這個自定義的類載入器繼承自ClassLoader
-
這個類載入器要重寫ClassLoader類中的findClass()方法
另外我們還可以參考AppClassLoader和ExtClassLoader來寫。
三、自定義類載入器實現
下面我自己定義了一個類載入器
第一步：自定義類載入器繼承自ClassLoader抽象類，然後定義一個構造方法, 用來接收要載入的類名
第二步：重寫核心方法findClass(String name)
這裡有兩步操作,
第一個是: 從類路徑中讀取要載入類的文件內容, 自定義
第二個是: 調用構造類的方法, 調用的系統的defineClass
接下來看看自定義的loadByte是如何實現的
這裡的實現就是找到類, 並且將類的內容讀取出來, 轉換成二進位的位元組碼, 返回
最後一部分就是如何調用了.
用類載入器載入類, 然後實例化, 使用反射機制調用User1 的方法sout
package com.lxl.jvm;
public class User1 {
public void sout() {
System.out.println("進入到User1");
}
}
這裡面System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName()); 獲取當前類的類載入器, 猜一猜這裡列印的會是誰?
看到了么? 是AppClassLoader, 為什麼呢?
原因是我的項目里已經有一個類User1了
我們自定義類載入器的父類是AppClassLoader. 而程式程式碼中的User1剛好是被AppClassLoader載入, 因為找到了,所以就不會再去我們指定的文件夾中查找了
這就是類的雙親委派機制的特點.
那麼如果我們將項目中的User1類刪除掉, 這是類載入器是誰呢? 當然就是我們自定義的類載入器了.
那麼問題來了, 自定義類載入器的父類為什麼是AppClassLoader呢?
四. 分析自定義類載入的父類為什麼是appClassLoader?
我們來看一下源碼
我們自定義的類載入器, 繼承自ClassLoader類載入器, 那麼在調用自定義類載入器的構造方法之前, 應該先載入父類ClassLoader的無參構造函數.
首先會執行ClassLoader的無參的構造方法.
而無參的構造方法會調用自身的構造方法
裡面有一個parent, 我們就是要看看這個parent到底是誰呢. 來看看getSystemClassLoader()方法
之前我們已經研究過getClassLoader()這個方法了, 這裡面定義的loadClass是誰呢?就是AppClassLoader.
這就是為什麼自定義class類載入器的父類是AppClassLoader的原因了。
五、打破雙親委派機制
首先，我們要明白，什麼是雙親委派機制？為什麼要打破雙親委派機制?什麼時候需要打破雙親委派機制？
1. 什麼是雙親委派機制？
在前面，我們說了什麼是雙親委派機制，子類委託父類載入的這個邏輯，就是雙親委派機制。如果還不知道什麼是雙親委派機制，可以查看文章：//www.cnblogs.com/ITPower/p/15363400.html
2. 如何打破雙親委派機制呢？
我們知道了，雙親委派機制就是類在載入的時候，從自定義類載入器開始查找是否已經載入過這個類，如果沒有載入過則載入類，但是不是由自己立刻載入，而是委託上級載入。到了上級，先查找，找不到在載入，然後也不是自己立刻載入，依次類推。。。。這就是雙親委派機制，要打破雙親委派機制，那麼就是不讓他委託上級類載入器載入，由自己來載入。那麼如何實現呢？
比如, 我現在有一個自定義類載入器, 載入的是~/com/lxl/jvm/User1.class類, 而在應用程式的target目錄下也有一個com/lxl/jvm/User1.class, 那麼, 最終User1.class這個類將被哪個類載入器載入呢? 根據雙親委派機制, 我們知道, 他一定是被應用程式類載入器AppClassLoader載入, 而不是我們自定義的類載入器, 為什麼呢? 因為他要向上尋找, 向下委託. 當找到了以後, 便不再向後執行了.
我們要打破雙親委派機制, 就是要讓自定義類載入器來載入我們的User1.class, 而不是應用程式類載入器來載入
雙親委派機制是在ClassLoader類的loadClass(…)方法實現的. 如果我們不想使用系統自帶的雙親委派模式, 只需要重新實現ClassLoader的loadClass(…)方法即可. 下面是ClassLoader中定義的loadClass()方法. 裡面實現了雙親委派機制
下面給DefinedClassLoaderTest.java增加一個loadClass方法, 拷貝上面的程式碼即可. 刪除掉中間實現雙親委派機制的部分
這裡需要注意的是, com.lxl.jvm是自定義的類包, 只有我們自己定義的類才從這裡載入. 如果是系統類, 依然使用雙親委派機制來載入.
來看看運行結果:
調用了user1的sout方法
com.lxl.jvm.DefinedClassLoaderTest
現在User1方法確實是由自定義類載入器載入的了
源碼:
package com.lxl.jvm;
import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* 自定義的類載入器
*/
public class DefinedClassLoaderTest extends ClassLoader{
private String classPath;
public DefinedClassLoaderTest(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
/**
* 重寫findClass方法
*
* 如果不會寫, 可以參考URLClassLoader中是如何載入AppClassLoader和ExtClassLoader的
* @param name
* @return
* @throws ClassNotFoundException
*/
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadBytes(name);
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
private byte[] loadBytes(String name) throws Exception {
// 我們需要讀取類的路徑
String path = name.replace('.', '/').concat(".class");
//String path = "";
// 去路徑下查找這個類
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(classPath + "/" + path);
int len = fileInputStream.available();
byte[] data = new byte[len];
fileInputStream.read(data);
fileInputStream.close();
return data;
}
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) {
/**
* 直接執行findClass()...什麼意思呢? 首先會使用自定義類載入器載入類, 不在向上委託, 直接由
* 自己執行
*
* jvm自帶的類還是需要由引導類載入器自動載入
*/
if (!name.startsWith("com.lxl.jvm")) {
c = this.getParent().loadClass(name);
} else {
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
DefinedClassLoaderTest classLoader = new DefinedClassLoaderTest("/Users/luoxiaoli");
Class<?> clazz = classLoader.loadClass("com.lxl.jvm.User1");
Object obj = clazz.newInstance();
Method sout = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
sout.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
}
六. 打破雙親委派機制案例–tomcat部署多應用？
1. tomcat為何要打破雙親委派機制？
通常，我們在伺服器安裝的一個tomcat下會部署多個應用。而這多個應用可能使用的類庫的版本是不同的。比如：項目A使用的是spring4，項目B使用的是Spring5。Spring4和Spring5多數類都是一樣的，但是有個別類有所不同，這些不同是類的內容不同，而類名，包名都是一樣的。假如，我們採用jdk向上委託的方式，項目A在部署的時候，應用類載入器載入了他的類。在部署項目B的時候，由於類名相同，這是應用伺服器就不會再次載入同包同名的類。這樣就會有問題。所以， tomcat需要打破雙親委派機制。不同的war包下的類自己載入，而不向上委託。基礎類依然向上委託。
2.tomcat是如何打破雙親委派機制的?
實際上， 我們的tomcat可以載入各種各樣類型的war包, 相互之間沒有影響. 因為tomcat打破了雙親委派機制, 下面我們就來看看tomcat是如何打破雙親委派機制的?
如上圖, 上面的橙色部門還是和原來一樣, 採用雙親委派機制. 而黃色部分是tomcat第一部分自定義的類載入器, 這部分主要是載入tomcat包中的類, 這一部分依然採用的是雙親委派機制, 而綠色部分是tomcat第二部分自定義類載入器, 正事這一部分, 打破了類的雙親委派機制. 先面我們就來詳細看看tomcat自定義的類載入器
1. tomcat第一部分自定義類載入器(黃色部分)
這部分類載入器, 在tomcat7及以前是tomcat自定義的三個類載入器, 分別載入不同文件家下的jar包. 而到了tomcat7及以後, tomcat將這三個文件夾合併了, 合併成了一個lib包. 也就是我們現在看到的lib包
我們來看看這三個類載入器的主要功能.
- commonClassLoader: tomcat最基本的類載入器, 載入路徑中的class可以被tomcat容器本身和各個webapp訪問;
- catalinaClassLoader: tomcat容器中私有的類載入器, 載入路徑中的class對於webapp不可見的部分。
- sharedClassLoader: 各個webapps共享的類載入器, 載入路徑中的class對於所有的webapp都可見, 但是對於tomcat容器不可見.
這一部分類載入器, 依然採用的是雙親委派機制, 原因是, 他只有一份. 如果有重複, 那麼也是以這一份為準. 這部分主要載入的是tomcat自帶的類。
2.tomcat第二部分自定義類載入器(綠色部分)
綠色部分是java項目在打war包的時候, tomcat自動生成的類載入器, 也就是說 , 每一個項目打成一個war包, tomcat都會自動生成一個類載入器, 專門用來載入這個war包. 而這個類載入器打破了雙親委派機制. 我們可以想像一下, 假如這個webapp類載入器沒有打破雙親委派機制會怎麼樣?
之前也說過，如果沒有打破, 他就會委託父類載入器去載入, 一旦載入到了, 子類載入器就沒有機會在載入了. 那麼, spring4和spring5的項目想共存, 那是不可能的了.
所以, 這一部分他打破了雙親委派機制
這樣一來, webapp類載入器不需要在讓上級去載入, 他自己就可以載入對應war里的class文件. 當然了, 其他的基礎項目文件, 還是要委託上級載入的.
下面我們來實現一個自定義的tomcat類載入器
3.自定義tomcat的war包類載入器
如何打破雙親委派機制, 我們在上面已經寫過一個demo了.
那麼, 現在我有兩個war包, 分處於不同的文件夾, tomcat如何使用各自的類載入器載入自己包下的class類呢?
我們來舉個例子, 比如: 在我的home目錄下有兩個文件夾, tomcat-test和tomcat-test1. 用這兩個文件夾來模擬兩個項目.
在他們的下面都有一個com/lxl/jvm/User1.class
雖然類名和類路徑都是一樣的,但是他們的內容是不同的
這個時候,如果tomcat要同時載入這兩個目錄下的User1.class文件, 我們如何操作呢?
其實,非常簡單, 按照上面的思路, tomcat只需要為每一個文件夾生成一個新的類載入器就可以了.
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 第一個類載入器
DefinedClassLoaderTest classLoader = new DefinedClassLoaderTest("/Users/app/tomcat-test");
Class<?> clazz = classLoader.loadClass("com.lxl.jvm.User1");
Object obj = clazz.newInstance();
Method sout = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
sout.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
// 第二個類載入器
DefinedClassLoaderTest classLoader1 = new DefinedClassLoaderTest("/Users/app/tomcat-test1");
Class<?> clazz1 = classLoader1.loadClass("com.lxl.jvm.User1");
Object obj1 = clazz1.newInstance();
Method sout1 = clazz1.getDeclaredMethod("sout", null);
sout1.invoke(obj1, null);
System.out.println(clazz1.getClassLoader().getClass().getName());
}
他們都是只載入自己目錄下的文件. 我們來看看執行結果:
調用了user1的sout方法
com.lxl.jvm.DefinedClassLoaderTest
調用了另外一個項目user1的sout方法, 他們是不同的
com.lxl.jvm.DefinedClassLoaderTest
雖然上面的程式碼很簡單，但這就是tomcat載入不同war包的原理。不同的是，tomcat實現邏輯會更複雜，他的類載入器都是動態生成的。精髓都是一樣的。
4. 思考: tomcat自定義的類載入器中, 有一個jsp類載入器，jsp是可以實現熱部署的, 那麼他是如何實現的呢?
jsp其實是一個servlet容器, 由tomcat載入. tomcat會為每一個jsp生成一個類載入器. 這樣每個類載入器都載入自己的jsp, 不會載入別人的. 當jsp文件內容修改時, tomcat會有一個監聽程式來監聽jsp的改動. 比如文件夾的修改時間, 一旦時間變了, 就重新載入文件夾中的內容.
具體tomcat是怎麼實現的呢? tomcat自定義了一個thread, 用來監聽不同文件夾中文件的內容是否修改, 如何監聽呢? 就看文件夾的update time有沒有變化, 如果有變化了, 那麼就會重新載入.
jsp熱部署也不是立刻就會看到效果，其他他也是有延遲的，這個延遲就是重新載入的過程。
