Java中ClassLoader类加载学习总结

2024-07-13 10:14:53

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供稿：网友

双亲委派模型

类加载这个概念应该算是Java语言的一种创新，目的是为了将类的加载过程与虚拟机解耦，达到”通过类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流“的目的。实现这个功能的代码模块就是类加载器。类加载器的基本模型就是大名鼎鼎的双亲委派模型(Parents Delegation Model)。听上去很牛掰，其实逻辑很简单，在需要加载一个类的时候，我们首先判断该类是否已被加载，如果没有就判断是否已被父加载器加载，如果还没有再调用自己的findClass方法尝试加载。基本的模型就是这样(盗图侵删)：

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实现起来也很简单，重点就是ClassLoader类的loadClass方法，源码如下：

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) {      long t0 = System.nanoTime();      try {        if (parent != null) {          c = parent.loadClass(name, false);        } else {          c = findBootstrapClassOrNull(name);        }      } catch (ClassNotFoundException e) {        // ClassNotFoundException thrown if class not found        // from the non-null parent class loader      }      if (c == null) {        // If still not found, then invoke findClass in order        // to find the class.        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) {            Class(c);    }    return c;  }}

突然感觉被逗了，怎么默认直接就抛了异常呢？其实是因为ClassLoader这个类是一个抽象类，实际在使用时候会写个子类，这个方法会按照需要被重写，来完成业务需要的加载过程。

自定义ClassLoader

在自定义ClassLoader的子类时候，我们常见的会有两种做法，一种是重写loadClass方法，另一种是重写findClass方法。其实这两种方法本质上差不多，毕竟loadClass也会调用findClass，但是从逻辑上讲我们最好不要直接修改loadClass的内部逻辑。

个人认为比较好的做法其实是只在findClass里重写自定义类的加载方法。

为啥说这种比较好呢，因为前面我也说道，loadClass这个方法是实现双亲委托模型逻辑的地方，擅自修改这个方法会导致模型被破坏，容易造成问题。因此我们最好是在双亲委托模型框架内进行小范围的改动，不破坏原有的稳定结构。同时，也避免了自己重写loadClass方法的过程中必须写双亲委托的重复代码，从代码的复用性来看，不直接修改这个方法始终是比较好的选择。

当然，如果是刻意要破坏双亲委托模型就另说。

破坏双亲委托模型

为什么要破坏双亲委托模型呢？

其实在某些情况下，我们可能需要加载两个不同的类，但是不巧的是这两个类的名字完全一样，这时候双亲委托模型就无法满足我们的要求了，我们就要重写loadClass方法破坏双亲委托模型，让同一个类名加载多次。当然，这里说的破坏只是局部意义上的破坏。

但是类名相同了，jvm怎么区别这两个类呢？显然，这并不会造成什么世界观的崩塌，其实类在jvm里并不仅是通过类名来限定的，他还属于加载他的ClassLoader。由不同ClassLoader加载的类其实是互不影响的。

做一个实验。

我们先写两个类:

package com.mythsman.test;public class Hello {  public void say() {    System.out.println("This is from Hello v1");  }}

package com.mythsman.test;public class Hello {  public void say() {    System.out.println("This is from Hello v2");  }}

两个类名字一样，唯一的区别是方法的实现不一样。我们先分别编译，然后把生成的class文件重命名为Hello.class.1和Hello.class.2。

我们的目的是希望能在测试类里分别创建这两个类的实例。

接着我们新建一个测试类com.mythsman.test.Main，在主函数里创建两个自定义的ClassLoader：

ClassLoader classLoader1=new ClassLoader() {  @Override  public Class<?> loadClass(String s) throws ClassNotFoundException {    try {      if (s.equals("com.mythsman.test.Hello")) {        byte[] classBytes = Files.readAllBytes(Paths.get("/home/myths/Desktop/test/Hello.class.1"));        return defineClass(s, classBytes, 0, classBytes.length);      }else{        return super.loadClass(s);      }    }catch (IOException e) {      throw new ClassNotFoundException(s);    }  }};ClassLoader classLoader2=new ClassLoader() {  @Override  public Class<?> loadClass(String s) throws ClassNotFoundException {    try {      if (s.equals("com.mythsman.test.Hello")) {        byte[] classBytes = Files.readAllBytes(Paths.get("/home/myths/Desktop/test/Hello.class.2"));        return defineClass(s, classBytes, 0, classBytes.length);      }else{        return super.loadClass(s);      }    }catch (IOException e) {      throw new ClassNotFoundException(s);    }  }};

这两个ClassLoader的用途就是分别关联Hello类的两种不同字节码，我们需要读取字节码文件并通过defineClass方法加载成class。注意我们重载的是loadClass方法，如果是重载findClass方法那么由于loadClass方法的双亲委托处理机制，第二个ClassLoader的findClass方法其实并不会被调用。

那我们怎么生成实例呢？显然我们不能直接用类名来引用(名称冲突)，那就只能用反射了：

Object helloV1=classLoader1.loadClass("com.mythsman.test.Hello").newInstance();Object helloV2=classLoader2.loadClass("com.mythsman.test.Hello").newInstance();helloV1.getClass().getMethod("say").invoke(helloV1);helloV2.getClass().getMethod("say").invoke(helloV2);

输出：

This is from Hello v1This is from Hello v2

OK，这样就算是完成了两次加载，但是还有几个注意点需要关注下。

两个类的关系是什么

显然这两个类并不是同一个类，但是他们的名字一样，那么类似isinstance of之类的操作符结果是什么样的呢：

System.out.println("class:"+helloV1.getClass());System.out.println("class:"+helloV2.getClass());System.out.println("hashCode:"+helloV1.getClass().hashCode());System.out.println("hashCode:"+helloV2.getClass().hashCode());System.out.println("classLoader:"+helloV1.getClass().getClassLoader());System.out.println("classLoader:"+helloV2.getClass().getClassLoader());

输出：

class:class com.mythsman.test.Helloclass:class com.mythsman.test.HellohashCode:1581781576hashCode:1725154839classLoader:com.mythsman.test.Main$1@5e2de80cclassLoader:com.mythsman.test.Main$2@266474c2

他们的类名的确是一样的，但是类的hashcode不一样，也就意味着这两个本质不是一个类，而且他们的类加载器也不同(其实就是Main的两个内部类)。

这两个类加载器跟系统的三层类加载器是什么关系

以第一个自定义的类加载器为例：

System.out.println(classLoader1.getParent().getParent().getParent());System.out.println(classLoader1.getParent().getParent());System.out.println(classLoader1.getParent());System.out.println(classLoader1 );System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());

输出：

nullsun.misc.Launcher$ExtClassLoader@60e53b93sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2com.mythsman.test.Main$1@5e2de80csun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

我们可以看到，第四行就是这个自定义的ClassLoader，他的父亲是AppClassLoader，爷爷是ExtClassLoader，太爷爷是null，其实就是用C写的BootStrapClassLoader。而当前系统的ClassLoader就是这个AppClassLoader。

当然，这里说的父子关系并不是继承关系，而是组合关系，子ClassLoader保存了父ClassLoader的一个引用(parent)。

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