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JVM-类加载器双亲委派机制

article 2024/11/15 15:41:19

申明：文章内容是本人学习极客时间课程所写，文字和图片基本来源于课程资料，在某些地方会插入一点自己的理解，未用于商业用途，侵删。

什么是JVM

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。由一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域等组成。JVM屏蔽了与操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需要生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可在多种平台上不加修改的运行，这也是Java能够“一次编译，到处运行的”原因。

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类加载

类加载器的定义（深入理解JVM原话）：
通过一个类的全限定名称来描述此类的二进制字节流，将这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定获取所需要的类，实现这个动作的代码模快称为类加载器。
1 JVM 的类加载是通过ClassLoader及子类来完成的，通常来说有下面几种类加载器：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader)
负责加载JAVA_ HOME\lib目录的或通过-Xbootclasspath参数指定路径中的且被虚拟机认可(rt.jar) 的类库。由C++实现，不是ClassLoader的子类
扩展类加载器(Extension ClassLoader)
负责加载JAVA_ _HOME\lib\ext目录或通过java.ext.dirs系统变量指定路径中的类库
应用程序类加载器(Application ClassLoader)
负责加载用户路径classpath上的类库
自定义类加载器
JVM 只能加载放在指定路径下的字节码，某些时候我们需要加载自己的class文件就需要用到自定义类加载器。

2 类加载执行顺序
检查顺序是自底向上:加载过程中会先检查类是否被已加载，从Custom到BootStrap逐层检查,只要某个类加载器已加载就视为此类已加载，保证此类所有ClassLoader只加载一次.
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3 加载时机(检查时自底向上，加载时自顶向下)

1-遇到new、getStatic、 putStatic、 invokeStatic四条指令时。
2-使用java.lang.reflect包方法时，对类进行反射调用。
3-初始化这个类时，发现其父类还没初始化，要先初始化其父类。
4-当虚拟机启动时，用户需要指定–个主类Main，需要先将主类加载。

4 一个类的一生
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5 类加载所做的事情
在类加载的过程中，做了如下几件事情：
1 根据全限定名称加载二进制字节流。
2 将字节流转换为数据结构
3 创建字节码class的对象

6 类加载途径
➢01-jar/war
➢02-jsp生成的class
➢03-数据库中的二进制字节流
➢04-网络中的二进制字节流
➢05-动态代理生成的二进制字节流

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自定义类加载器案例helloworld

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    private final String classPath;
    public CustomClassLoader(String classPath) {
        this.classPath = classPath;
    }
    public static void main(String[] args) {
        CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader("E:\\lesson-one\\lesson-one\\src\\lib");
        try {
            Class<?> c = customClassLoader.loadClass("com.learn.lessonone.dto.Test");
            if (c != null) {
                Object o = c.newInstance();
                Method say = c.getMethod("say", null);
                say.invoke(o, null);
                System.out.println(c.getClassLoader().toString());
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte[] calsssDate = getData(name);
            if (calsssDate != null) {
                return defineClass(name, calsssDate, 0, calsssDate.length);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return super.loadClass(name, resolve);
    }
    @Override
    protected Object getClassLoadingLock(String className) {
        return super.getClassLoadingLock(className);
    }
    public byte[] getData(String className) {
        String path = classPath + File.separator + className.replace(".", File.separator) + ".class";
        try (InputStream in = new FileInputStream(path);
             ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream()
        ) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len = 0;
            while ((len = in.read(buffer)) != -1) {
                out.write(buffer, 0, len);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

类加载机制双亲委派

1-什么是双亲委派?
当一个类加载器收到类加载任务，会先交给其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务。

2-为什么需要双亲委派呢?
2-1 双亲委派其实是一种规范，它一定程度上能够保证安全性。就比如我们尝试用的Object，String类，如果我们没有委托父类进行加载，每个子类进行加载，如果这个时候我们自己写了一个类的全限定名称和系统的一模一样，这个时候它加载的就是我们写的类，这样就会导致我们使用的不是Java给我门头提供的Object类，从而程序完全乱套。
为什么双亲委派能够解决这个问题呢，因为我们会一直委托父类去加载，加载Object这种类最终都是由BootstrapClassLoader来加载，它保证了加载的一定是Java提供给我们的Object类，因为BootstrapClassLoader就是负责加载这类内置类的(也就是加载java 固定路径下的一些类)。
2-2 双亲委派可以避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。
3-为什么还需要破坏双亲委派?
在实际应用中，双亲委派解决了Java 基础类统一加载的问题，但是却存在着缺陷。JDK中的基础类作为典型的API被用户调用，但是也存在API调用用户代码的情况，JNDI，SPI，这种情况就需要打破双亲委派模式。
例如：数据库驱动DriverManager。以Driver接口为例，Driver接口定义在]DK中，其实现由各个数据库的服务商来提供，由系统类加载器加载。这个时候就需要启动类加载器来委托子类来加载Driver实现，这就破坏了双亲委派。从下面这段源码来看，我们加载类加载DriverManager是由bootstracpClassLoader加载的，但是我们加载不同厂商的Driver是拿的线程的自定义类加载器去加载的。
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4-如何破坏双亲委派?
方式一:重写ClassLoader的loadClass方法
方式二:SPl，类委托自类加载器加载Class，以数据库驱动DriverManager为例
方式三：为了满足热部署、不停机更新需求。OSGI 就是利用自定义的类加载器机制来完成模块化热部署，而它实
现的类加载机制就没有完全遵循自下而上的委托，有很多平级之间的类加载器查找。
自己的理解：
自定义的类始最终都是由ApplicationClassLoader或自定义类加载器加载比如我写了一个CustomObject 继承了Object这个类并定义了这个类字段结构。在执行加载的时候，CustomObject一直向上委托，最后发现BootStrapClassLoaer加载不了，然后又自顶向下回溯ApplicationClassLoader来加载CustomObject这个类，但是Object BootStrapClassLoaer是能加载的，在回到这里之前Object已将被加载过了，因为它会被BootStrapClassLoader加载。
类加载的源码 可以类的加载时委托自己的父亲进行加载

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
       throws ClassNotFoundException
   {
       synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
           // First, check if the class has already been loaded
           // 首先检查类是否已被加载
           Class<?> c = findLoadedClass(name);
           if (c == null) {
               long t0 = System.nanoTime();
               try {
                   if (parent != null) {
                   	   // 如果父亲存在则让父亲加载此类
                       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) {
               resolveClass(c);
           }
           return c;
       }
   }