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一、什么是类加载器
类加载器(ClassLoader)是Java虚拟机提供给应用程序去实现获取类和接口字节码数据的技术。类加载器 只参与加载过程中的字节码获取并加载到内存 这一部分。
类加载器的应用场景:
二、类加载器的分类
类加载器分为两类,一类是Java代码中实现的,一类是Java虚拟机底层源码实现的。
类加载器的设计JDK8和8之后的版本差别较大, JDK8及之前的版本中默认的类加载器有如下几种:
类加载器的详细信息可以通过classloader命令查看:
classloader - 查看 classloader 的继承树,urls,类加载信息,使用 classloader 去 getResource
启动类加载器
启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)是由Hotspot虚拟机提供的、使用C++编写的类加载器。
默认加载Java安装目录/jre/lib下的类文件,比如rt.jar,tools.jar,resources.jar等。
通过启动类加载器去加载用户jar 包:
放入jre/lib下进行扩展:
不推荐,尽可能不要去更改JDK安装目录中的内容,会出现即时放进去由于文件名不匹配的问题也不会正常地被加载。
使用参数进行扩展:
推荐,使用-Xbootclasspath/a:jar包目录/jar包名 进行扩展。
Java中的默认类加载器
扩展类加载器和应用程序类加载器都是JDK中提供的、使用Java编写的类加载器。
它们的源码都位于sun.misc.Launcher中,是一个静态内部类。继承自URLClassLoader。具备通过目录或者指定jar包将字节码文件加载到内存中。
扩展类加载器
扩展类加载器(Extension Class Loader)是JDK中提供的、使用Java编写的类加载器。
默认加载Java安装目录/jre/lib/ext下的类文件。
通过扩展类加载器去加载用户jar 包:
放入/jre/lib/ext下进行扩展(不推荐,尽可能不要去更改 JDK 安装目录中的内容)
使用参数进行扩展(推荐,使用-Djava.ext.dirs=jar包目录 进行扩展,这种方 式会覆盖掉原始目录,可以用;(windows):(macos/linux) 追加上原始目录)
应用程序类加载器
主要是加载用户当前应用程序下的类。
三、双亲委派机制
每个Java实现的类加载器中保存了一个成员变量叫“父”(Parent)类加载器,可以理解为它的上级, 并不是继承关系。
应用程序类加载器的parent父类加载器是扩展类加载器,而扩展类加载器的parent是空。
启动类加载器使用C++编写,没有上级类加载器。
类加载器的继承关系可以通过classloader –t 查看:
在类加载的过程中,每个类加载器都会先检查是否已经加载了该类,如果已经加载则直接返回,否则会将加载请求委派给父类加载器。
如果类加载的parent 为 null ,则会提交给启动类加载器处理。
如果所有的父类加载器都无法加载该类,则由当前类加载器自己尝试加载。所以看上去是自顶向下尝试加载。
第二次再去加载相同的类,仍然会向上进行委派,如果某个类加载器加载过就会直接返回。
双亲委派机制指的是: 自底向上查找是否加载过,再由顶向下进行加载 。
双亲委派机制,解决的三个问题:
01.重复的类
如果一个类重复出现在三个类加载器的加载位置,应该由谁来加载?
启动类加载器加载,根据双亲委派机制,它的优先级是最高的
02.String类能覆盖吗
在自己的项目中去创建一个 java.lang.String类,会被加载吗?
不能,会交由启动类加载器加载在rt.jar包中的String类
03.类加载器的关系
这几个类加载器彼此之间存在关系吗?
应用类加载器的父类加载器是扩展类加载器,扩展类加载器没有父类加载器,但是会委派给启动类加载器加载。
双亲委派机制的作用
1.保证类加载的安全性
通过双亲委派机制,让顶层的类加载器去加载核心类,避免恶意代码替换JDK中的核心类库,比如 java.lang.String,确保核心类 库的完整性和安全性。
2.避免重复加载
双亲委派机制可以避免同一个类被多次加载,上层的类加载器如果加载过类,就会直接返回该类,避免重复加载。
四、打破双亲委派机制
打破双亲委派机制的三种方式
自定义类加载器
一个Tomcat程序中是可以运行多个Web应用的,如果这两个应用中出现了相同限定名的类,比如Servlet类,
Tomcat要保证这两个类都能加载并且它们应该是不同的类。
如果不打破双亲委派机制,当应用类加载器加载Web应用1中的MyServlet之后,Web应用2中相同限定名的 MyServlet类就无法被加载了。
Tomcat使用了自定义类加载器来实现应用之间类的隔离。
每一个应用会有一个独立的类加载器加载对应的类。
先来分析ClassLoader的原理,ClassLoader中包含了4个核心方法。
双亲委派机制的核心代码就位于loadClass方法中。
阅读双亲委派机制的核心代码,分析如何通过 自定义的类加载器 打破双亲委派机制。
打破双亲委派机制的核心就是将下边这一段代码重新实现。
系统的ClassLoader只会加载指定目录下的class文件,如果你想加载自己的class文件,那么就可以自定义一个ClassLoader。而且我们可以根据自己的需求,对class文件进行加密和解密。
如何自定义ClassLoader
1.新建一个类继承自java.lang.ClassLoader,重写它的findClass方法。
2.将class字节码数组转换为Class类的实例
3.调用loadClass方法即可
下面的代码就是自定义Class的例子
package JVM;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
//指定路径
private String path ;
public MyClassLoader(String classPath){
path=classPath;
}
/**
* 重写findClass方法
* @param name 是我们这个类的全路径
* @return
* @throws ClassNotFoundException
*/
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
Class log = null;
// 获取该class文件字节码数组
byte[] classData = getData();
if (classData != null) {
// 将class的字节码数组转换成Class类的实例
log = defineClass(name, classData, 0, classData.length);
}
return log;
}
/**
* 将class文件转化为字节码数组
* @return
*/
private byte[] getData() {
File file = new File(path);
if (file.exists()){
FileInputStream in = null;
ByteArrayOutputStream out = null;
try {
in = new FileInputStream(file);
out = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer = new byte[1024];
int size = 0;
while ((size = in.read(buffer)) != -1) {
out.write(buffer, 0, size);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return out.toByteArray();
}else{
return null;
}
}
}
可以在getData里面做很多事情 ,比如加密解密之类的 都是可以的。
1、我们生成一个.class文件的测试样品
public class Log {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("load Log class successfully");
}
}
2、我们执行命令行 javac Log.java 生成我们的Log.class文件
3、再main函数入口 写配置参数
public class ClassLoaderMain {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
//这个类class的路径
String classPath = "/Users/mac/CommProjects/ClassLoaderDemo/src/com/yhk/classloaderdemo/Log.class";
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader(classPath);
//类的全称
String packageNamePath = "com.yhk.classloaderdemo.Log";
//加载Log这个class文件
Class<?> Log = myClassLoader.loadClass(packageNamePath);
System.out.println("类加载器是:" + Log.getClassLoader());
//利用反射获取main方法
Method method = Log.getDeclaredMethod("main", String[].class);
Object object = Log.newInstance();
String[] arg = {"ad"};
method.invoke(object, (Object) arg);
}
}
自定义类加载器默认的父类加载器
自定义类加载器父类AppClassLoader:
以Jdk8为例,ClassLoader类中提供了构造方法设置parent的内容:
这个构造方法由另外一个构造方法调用,其中父类加载器由getSystemClassLoader方法设置,该方法返回的是AppClassLoader。
两个自定义类加载器加载相同限定名的类,不会冲突吗?
⚫ 不会冲突 ,在同一个Java虚拟机中,只有 相同类加载器+相同的类限定名 才会被认为是同一个类。
⚫ 在Arthas中使用sc –d 类名的方式查看具体的情况。
打破双亲委派机制的第二种方法:JDBC案例
JDBC中使用了DriverManager来管理项目中引入的不同数据库的驱动,比如mysql驱动、oracle驱动。
DriverManager类位于rt.jar包中,由启动类加载器加载。
依赖中的mysql驱动对应的类,由应用程序类加载器来加载。
DriverManager属于rt.jar是启动类加载器加载的。而用户jar包中的驱动需要由应用类加载器加载,这就违反了双亲委派机制。
DriverManager怎么知道jar包中要加载的驱动在哪儿?
DriverManage使用SPI机制,最终加载jar包中对应的驱动类。
SPI中使用了线程上下文中保存的类加载器进行类的加载,这个类加载器一般是应用程序类加载器。
⚫ 1、启动类加载器加载DriverManager。
⚫ 2、在初始化DriverManager时,通过SPI机制加载jar包中的myql驱动。
⚫ 3、SPI中利用了线程上下文类加载器(应用程序类加载器)去加载类并创建对象。
⚫ 这种由启动类加载器加载的类,委派应用程序类加载器去加载类的方式,打破了双亲委派机制。
JDBC案例中真的打破了双亲委派机制吗?
打破了双亲委派机制
这种由启动类加载器加载的类,委派应用程序类加载器去加载类的方式,打破了双亲委派机制。
没有打破双亲委派机制
类加载流程中,没有违反双亲委派机制。
JDBC只是在 DriverManager 加载完之后,通过初始化阶段触发了驱动类的加载,类的加载依然遵循双亲委派机制。
五、总结
1.类加载器的作用是什么?
类加载器(ClassLoader)负责在类加载过程中的字节码获取并加载到内存这一部分。通过加载字节码数据放入内存转换成byte[],接下来调用虚拟机底层方法将byte[]转换成方法区和堆中的数据。
2.有几种类加载器?
1.启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)加载核心类
2.扩展类加载器(Extension ClassLoader)加载扩展类
3.应用程序类加载器(Application ClassLoader)加载应用classpath中的类
4.自定义类加载器,重写findClass方法。
3、什么是双亲委派机制?
每个Java实现的类加载器中保存了一个成员变量叫“父”(Parent)类加载器。
自底向上查找是否加载过,再由顶向下进行加载。避免了核心类被应用程序重写并覆盖的问题,提升了安全性。
4、怎么打破双亲委派机制?
1、重写loadClass方法,不再实现双亲委派机制。
2、JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等框架使用了SPI机制+线程上下文类加载器。
3、OSGi实现了一整套类加载机制,允许同级类加载器之间互相调用。