深入理解JVM - 类加载器概述

简介: 上一节我们简单了解了jvm类加载器的步骤并详细分析了jvm类加载步骤的详细细节,本节将会接着讲述关于双亲委派机制的细节。双亲委派机制是jvm一个类加载的重要加载机制,它是jvm的类继承结构的底层设计也是jvm类加载的核心步骤,我们通常使用的tomcat对于双亲委派机制进行了破坏这也是需要了解的内容。

前言


上一节我们简单了解了jvm类加载器的步骤并详细分析了jvm类加载步骤的详细细节,本节将会接着讲述关于双亲委派机制的细节。双亲委派机制是jvm一个类加载的重要加载机制,它是jvm的类继承结构的底层设计也是jvm类加载的核心步骤,我们通常使用的tomcat对于双亲委派机制进行了破坏这也是需要了解的内容。


概述


下面是书中jvm虚拟机执行引擎的内容概括:


虚拟机和类加载机制概述
    掌握双亲委派模型
        三层模型
            启动加载器
            扩展类加载器
                破坏:在jdk9中转化为平台加载器
            应用程序类加载器
        Osgi模型
    什么是类加载器
        了解类加载器的作用
        关于类加载器的实际应用
    java模块化对双亲委派模型的影响
    类加载的六个步骤
        加载
        连接
            验证
            准备
            解析
        初始化
        使用
        卸载


本文内容


  1. 讲述双亲委派机制的基本原理
  2. 模块化对于类加载器的影响


思维导图


下面是对应的幕布思维导图地址:www.mubucm.com/doc/6v9RE2g…


image.png


类和类加载器


在本系列的第一篇我们讲述了类加载器是加载类的核心,当我们写好的java文件被jvm虚拟机编译为.class文件并且加载到jvm虚拟机当中转为字节码指令,通过执行字节码指令完成我们编写的程序。一个类要被加载首先需要被jvm认识才行,而认识它就是靠的类加载器,类加载器毫无疑问就是来加载类的。


自定义类加载器


书中给了一个自定义类加载器的案例,这里直接贴过来了。这个类加载器所做的事情就是简单的构建一个类加载,但是在最后进行instanceof的操作的时候,发现结果是false,这是因为类加载器加载的类是自定义的,而不是jvm程序生成的类。


这里也可以认为如果有自定义加载器,则在进行类加载器判断的时候,需要进行“加载”的操作。因为在这里它存在 两个加载器。


public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        ClassLoader myLoader = new ClassLoader() { @Override
        public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { try {
            String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1)+".class"; InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
            if (is == null) {
                return super.loadClass(name); }
            byte[] b = new byte[is.available()]; is.read(b);
            return defineClass(name, b, 0, b.length);
        } catch (IOException e) {
            throw new ClassNotFoundException(name);
        } }
        };
        Object obj = myLoader.loadClass("com.headfirst.classloader.ClassLoaderTest").newInstance();
        System.out.println(obj.getClass());
        System.out.println(obj instanceof com.headfirst.classloader.ClassLoaderTest);
    }/*运行结果:
    class com.headfirst.classloader.ClassLoaderTest
    false
   */
}

什么是双亲委派机制?


双亲委派机制指的是jvm的一种类加载机制,jvm的类加载结构如下图:


image.png


结构图如上所示,将分为三层结构,分别是启动类加载器,扩展类加载器和应用程序加载器,这三个加载器首先通过应用程序加载,如果发现无法加载类,则向上委托给父类的扩展类加载器进行加载 ,如果同样加载则继续网上进行请求加载,最后如果顶层启动类也无法加载,这时候又回从顶层向下进行加载,直到自定义加载器可以加载,最后如果都无法加载,则抛出相关的异常。


关于启动类加载器等等具体的工作流程由于系列早期的文章已经讲述过这里直接给出链接:


关于IBM的OSGI


osgi是当初ibm公司为了jdk模块化规范做的一个努力,当然现在早已经被jdk9的模块化取代,当然这也可以说是商业竞争下的一种妥协,最后的结果就是java的模块化和预期效果存在一定的差距,并且虽然还是破坏了双亲委派的机制,但是在整体上依旧能保持基本的类加载器的结构设计。


这让我想到了Jrocket和HotSpot的合并,其实效果远不如官方设计的完美效果,总是要差那么一点。


下面是osgi的运行流程,简单了解即可:


1.Java.* 开头,父类加载器加载


2.委派名单列表,父类加载器加载


3.import列表委派给export bundle类加载器加载


4.查找Bundler的class path,自己类加载器


5.查找自己的Fragmet Bundle


6.委派Bundle的类加载加载


7.类查找失败


Java双亲委派模型的挑战


双亲委派机制受到过三次挑战(也可以说是四次),由于双亲委派机制是jdk1.2才加入的,为了向前兼容在当时的为了妥协选择了一个不太好的实现就是使用findClass()的方法进行了重写,但是这个方法在后续的兼容过程中很快就出了问题,如果有基础类型要回调下层的类比如典型的JNDI服务就是如此,这时候为了兼容又只能不太好的设计就是新增一个线程上下文类加载器,这个加载器可以理解为在启动类加载器做了一个插件,如果用户自己实现了这个插件,就会调用客户的代码,否则就会从父类的加载器中进行继承。


这个线程上下文加载器就是tomcat实现破坏双亲委派机制的核心。当然不止tomcat,很多框架也有用到这个线程上下文加载器,在类的加载的阶段“做手脚”。


接着关于程序热替换的挑战了,简单来说就是程序的模块化,关于模块化的内容,在《Java8实战》的书籍里面有简单的理论基础讨论,但是如果要深入模块化,内容有一本书可以来讲,这里也不再赘述关于OSGI和Jisaw的历史了,关于他所做的事情可以看上一个小节。


最后就是Jdk9实现模块化之后的平台类加载器了,这个类加载器基本上算是破坏了JDK的规则,下文会有详细的介绍,如果简单理解这个类加载器就是把之前一直不太优雅的线程上下文加载器通过底层实现了, 也就是说平台类加载器将可以根据模块定义的类加载器进行自定义的加载操作。


最后简单总结上面的内容如下:


1. Jdk1.2之前旧代码兼容,使用findClass避免对loadClass() 重写
2. JNDI 在Thread.setContextClassLoader() 进行设置
    jdk6对serialLoader取代结果
3. 程序动态性与模块化问题
4. 平台加载器破坏原有类加载规则,线程上下文类加载器的底层兼容实现


模块化之后双亲委派模型变动


撇去模块化对于类加载的其他细节,我们这里直接讲述模块化之后最大的变动:扩展类加载器(Ext)替换为 平台加载器(plaform),主要变化是平台加载器和应用程序加载器不再派生自URLClassLoader ,由于存在BootClassLoader为了兼容旧版的加载器返回null使用上层引导器这一条件,结果不会返回出来。


JDK 9中虽然仍然维持着三层类加载器和双亲委派的架构,但类加载的委派关系也发生了 变动。当平台及应用程序类加载器收到类加载请求,在委派给父加载器加载前,要先判断该类是否能 够归属到某一个系统模块中,如果可以找到这样的归属关系,就要**优先委派给负责那个模块的加载器 **完成加载,也许这可以算是对双亲委派的第四次破坏?其实从个人看来更像是改变设计不太优雅的“线程上下文加载器”。


总结


本文的内容也比较简单,同样了解即可。重点在于记住双亲委派机制的步骤以及他的工作原理。


写在最后


下篇文章将会针对分派的内容进行讲解,也是jvm非常重要的一部分,通过分派的学习可以对重载、多态、重写有更多的了解。

相关文章
|
17天前
|
安全 前端开发 Java
【JVM的秘密揭秘】深入理解类加载器与双亲委派机制的奥秘!
【8月更文挑战第25天】在Java技术栈中,深入理解JVM类加载机制及其双亲委派模型是至关重要的。JVM类加载器作为运行时系统的关键组件,负责将字节码文件加载至内存并转换为可执行的数据结构。其采用层级结构,包括引导、扩展、应用及用户自定义类加载器,通过双亲委派机制协同工作,确保Java核心库的安全性与稳定性。本文通过解析类加载器的分类、双亲委派机制原理及示例代码,帮助读者全面掌握这一核心概念,为开发更安全高效的Java应用程序奠定基础。
51 0
|
4月前
|
前端开发 安全 Java
深入浅出JVM(八)之类加载器
深入浅出JVM(八)之类加载器
|
11天前
|
数据库 C# 开发者
WPF开发者必读:揭秘ADO.NET与Entity Framework数据库交互秘籍,轻松实现企业级应用!
【8月更文挑战第31天】在现代软件开发中,WPF 与数据库的交互对于构建企业级应用至关重要。本文介绍了如何利用 ADO.NET 和 Entity Framework 在 WPF 应用中访问和操作数据库。ADO.NET 是 .NET Framework 中用于访问各类数据库(如 SQL Server、MySQL 等)的类库;Entity Framework 则是一种 ORM 框架,支持面向对象的数据操作。文章通过示例展示了如何在 WPF 应用中集成这两种技术,提高开发效率。
25 0
|
11天前
|
开发者 C# Windows
WPF布局大揭秘:掌握布局技巧,轻松创建响应式用户界面,让你的应用程序更上一层楼!
【8月更文挑战第31天】在现代软件开发中,响应式用户界面至关重要。WPF(Windows Presentation Foundation)作为.NET框架的一部分,提供了丰富的布局控件和机制,便于创建可自动调整的UI。本文介绍WPF布局的基础概念与实现方法,包括`StackPanel`、`DockPanel`、`Grid`等控件的使用,并通过示例代码展示如何构建响应式布局。了解这些技巧有助于开发者优化用户体验,适应不同设备和屏幕尺寸。
13 0
|
17天前
|
安全 前端开发 Java
【JVM 探秘】ClassLoader 类加载器:揭秘 Java 类加载机制背后的秘密武器!
【8月更文挑战第25天】本文全面介绍了Java虚拟机(JVM)中的类加载器,它是JVM的核心组件之一,负责将Java类加载到运行环境中。文章首先概述了类加载器的基本工作原理及其遵循的双亲委派模型,确保了核心类库的安全与稳定。接着详细阐述了启动、扩展和应用三种主要类加载器的层次结构。并通过一个自定义类加载器的例子展示了如何从特定目录加载类。此外,还介绍了类加载器的完整生命周期,包括加载、链接和初始化三个阶段。最后强调了类加载器在版本隔离、安全性和灵活性方面的重要作用。深入理解类加载器对于掌握JVM内部机制至关重要。
34 0
|
2月前
|
存储 前端开发 Java
(二)JVM成神路之剖析Java类加载子系统、双亲委派机制及线程上下文类加载器
上篇《初识Java虚拟机》文章中曾提及到:我们所编写的Java代码经过编译之后,会生成对应的class字节码文件,而在程序启动时会通过类加载子系统将这些字节码文件先装载进内存,然后再交由执行引擎执行。本文中则会对Java虚拟机的类加载机制以及执行引擎进行全面分析。
|
3月前
|
安全 前端开发 Java
《JVM由浅入深学习【一】 》JVM由简入深学习提升(类加载过程+父子类加载过程+类加载器+双亲委派机制)
《JVM由浅入深学习【一】 》JVM由简入深学习提升(类加载过程+父子类加载过程+类加载器+双亲委派机制)
30 0
|
4月前
|
监控 前端开发 安全
JVM工作原理与实战(十四):JDK9及之后的类加载器
JVM作为Java程序的运行环境,其负责解释和执行字节码,管理内存,确保安全,支持多线程和提供性能监控工具,以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了JDK8及之前的类加载器、JDK9及之后的类加载器等内容。
106 2
|
4月前
|
监控 Java 关系型数据库
JVM工作原理与实战(十三):打破双亲委派机制-线程上下文类加载器
JVM作为Java程序的运行环境,其负责解释和执行字节码,管理内存,确保安全,支持多线程和提供性能监控工具,以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了打破双亲委派机制的方法、线程上下文类加载器等内容。
114 2
|
4月前
|
前端开发 Java 开发者
JVM类加载器的分类以及双亲委派机制
JVM类加载器的分类以及双亲委派机制