JVM---类加载器

发布于:2024-05-10 ⋅ 阅读:(16) ⋅ 点赞:(0)

目录

一、什么是类加载器

二、类加载器的分类

        启动类加载器

        Java中的默认类加载器

        扩展类加载器

        应用程序类加载器

三、双亲委派机制

        双亲委派机制,解决的三个问题:

        双亲委派机制的作用

四、打破双亲委派机制

        自定义类加载器

如何自定义ClassLoader

 自定义类加载器默认的父类加载器

打破双亲委派机制的第二种方法:JDBC案例

        JDBC案例中真的打破了双亲委派机制吗?

五、总结


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 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。