【小家Java】从原理层面理解Java中的类加载器:ClassLoader、双亲委派模型、线程上下文类加载器(中)

简介: 【小家Java】从原理层面理解Java中的类加载器:ClassLoader、双亲委派模型、线程上下文类加载器(中)

类加载过程


JVM将类加载过程分为三个步骤:装载(Load),链接(Link)和初始化(Initialize)


image.png

1) 装载:查找并加载类的二进制数据;

2)链接:

验证:确保被加载类信息符合JVM规范、没有安全方面的问题。

准备:为类的静态变量分配内存,并将其初始化为默认值。

解析:把虚拟机常量池中的符号引用转换为直接引用。

3)初始化:

为类的静态变量赋予正确的初始值。


ps:解析部分需要说明一下,Java 中,虚拟机会为每个加载的类维护一个常量池【不同于字符串常量池,这个常量池只是该类的字面值(例如类名、方法名)和符号引用的有序集合。 而字符串常量池,是整个JVM共享的】这些符号(如int a = 5;中的a)就是符号引用,而解析过程就是把它转换成指向堆中的对象地址的相对地址。

为何需要双亲委派模型?


可能有人会问,为什么要双亲委派模型呢?自己直接加载不就完事了吗?那看看下面这个场景:


黑客自定义一个java.lang.String类,该String类具有系统的String类一样的功能,只是在某个函数稍作修改。比如equals函数,这个函数经常使用,如果在这这个函数中,黑客加入一些“病毒代码”。并且通过自定义类加载器加入到JVM中。此时,如果没有双亲委派模型,那么JVM就可能误以为黑客自定义的java.lang.String类是系统的String类,导致“病毒代码”被执行。


而有了双亲委派模型,黑客自定义的java.lang.String类永远都不会被加载进内存。因为首先是最顶端的类加载器加载系统的java.lang.String类,最终自定义的类加载器无法加载java.lang.String类。


或许你会想,我在自定义的类加载器里面强制加载自定义的java.lang.String类,不去通过调用父加载器不就好了吗?确实,这样是可行(但十分十分不建议这么去做,正所谓不作死就不会死)。但是,在JVM中,判断一个对象是否是某个类型时,如果该对象的实际类型与待比较的类型的类加载器不同,那么会返回false。


比如如下:


ClassLoader1、ClassLoader2都加载java.lang.String类,对应Class1、Class2对象。那么Class1对象不属于ClassLoad2对象加载的java.lang.String类型。


双亲委派模型的原理很简单,实现也简单。每次通过先委托父类加载器加载,当父类加载器无法加载时,再自己加载。其实ClassLoader类默认的loadClass方法已经帮我们写好了,一般情况下我们无需去写。


双亲委派模式优势:


1、采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系,通过这种层级关可以避免类的重复加载,当父亲已经加载了该类时,就没有必要子ClassLoader再加载一次。


2、其次是考虑到安全因素(也就是上面提到的),java核心api中定义类型不会被随意替换,假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类,通过双亲委托模式传递到启动类加载器,而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类,发现该类已被加载,并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer,而直接返回已加载过的Integer.class,这样便可以防止核心API库被随意篡改。


思考:假如我们自己写了一个java.lang.String的类,我们是否可以替换调JDK本身的类?

答案是否定的。我们不能实现。为什么呢?我看很多网上解释是说双亲委托机制解决这个问题,其实不是非常的准确。因为双亲委托机制是可以打破的,你完全可以自己写一个classLoader来加载自己写的java.lang.String类,但是你会发现也不会加载成功,具体就是因为针对java.*开头的类,jvm的实现中已经保证了必须由bootstrp来加载。(全盘负责)

自定义类加载器


既然JVM已经提供了默认的类加载器,为什么还要定义自已的类加载器呢?


因为Java中提供的默认ClassLoader,只加载指定目录下的jar和class,如果我们想加载其它位置的类或jar时,比如:我要加载网络上的一个class文件,通过动态加载到内存之后,要调用这个类中的方法实现我的业务逻辑。在这样的情况下,默认的ClassLoader就不能满足我们的需求了,所以需要定义自己的ClassLoader。


定义自已的类加载器分为两步:


1.继承java.lang.ClassLoader


2.重写父类的findClass方法(应为父类此方法没有默认实现,子类必须实现)。其余方法都不用我们实现,因为JDK已经在loadClass方法中帮我们实现了ClassLoader搜索类的算法,当在loadClass方法中搜索不到类时,loadClass方法就会调用findClass方法来搜索类,所以我们只需重写该方法即可。如没有特殊的要求,一般不建议重写loadClass搜索类的算法。

    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) { //若存在父加载器,就调用父加载器的loadClass()方法,这样就形成了递归
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else { //若不存在父加载器,那就找BootstrapClass即可
                        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); //调用者自己实现findClass逻辑即可
                    // 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;
        }
    }


调用者需要自己实现findClass方法


    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }


自定义类加载器的方法:

1、如果不想打破双亲委派模型,那么只需要重写findClass方法即可

2、如果想打破双亲委派模型,那么就重写整个loadClass方法


加载一个类的过程如下:

image.png



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