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java中的Class裝載系統(tǒng)ClassLoader是怎樣使用,針對這個問題,這篇文章詳細(xì)介紹了相對應(yīng)的分析和解答,希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。
ClassLoader
在Java中有著非常重要的作用,它主要工作是在Class裝載
的加載階段,主要作用是從系統(tǒng)外部獲得Class二進(jìn)制數(shù)據(jù)流
。
ClassLoader
是java的核心組件,所有的Class都是由ClassLoader
進(jìn)行加載的,ClassLoader
負(fù)責(zé)通過各種方式將ClassLoader
在整個裝載階段,只能影響類的加載,而無法通過ClassLoader
改變類的連接和初始化行為。
從代碼層面上看,ClassLoader是一個抽象類,它提供了一些重要的接口,用于自定義Class的加載流程和加載方式。ClassLoader的主要方法如下:
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException
:給定一個類名,加載一個類,返回代碼這個類的Class實(shí)例,如果找不到類,則返回ClassNotFoundException
異常。
protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len)
:根據(jù)給定的字節(jié)碼流b定義一個類,off
和len
參數(shù)表示實(shí)際Class信息在byte數(shù)組中的位置和長度,其中byte數(shù)組b是ClassLoader
從外部獲取的。這是一個受保護(hù)的方法,只有在自定義ClassLoader
子類中可以使用。
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
:查找一個類,這是一個受保護(hù)的方法,也是重載ClassLoader
時重要的系統(tǒng)擴(kuò)展點(diǎn)。這個方法在loadClass()
中被調(diào)用,用于自定義查找類的邏輯。如果不需要修改類加載默認(rèn)機(jī)制,只是想改變類加載的形式,就可以重載該方法。
protected final Class<?> findLoadedClass(String name)
:這也是一個受保護(hù)的方法,它會尋找已經(jīng)加載的類。這個方法是final方法,無法被修改。
在ClassLoader
的結(jié)構(gòu)中,還有一個重要的字段:parnet
。它也是一個ClassLoader
的實(shí)例,這個字段所表示的ClassLoader
稱為這個ClassLoader
的雙親。在類加載的過程中,ClassLoader
可能會將某些請求交給自己的雙親處理。
ClassLoader
的分類在標(biāo)準(zhǔn)的java程序中,java虛擬機(jī)會創(chuàng)建3類ClassLoader
為整個應(yīng)用程序服務(wù)。它們分別是:Bootstrap ClassLoader
(啟動類加載器)、Extension ClassLoader
(擴(kuò)展類加載器)和 App ClassLoader
(應(yīng)用類加載器,也稱系統(tǒng)類加載器)。此外每一個應(yīng)用程序還可以擁有自定義的 ClassLoader
,以擴(kuò)展java虛擬機(jī)獲取Class數(shù)據(jù)的能力。
ClassLoader層次結(jié)構(gòu)如下圖所示。當(dāng)系統(tǒng)需要使用一個類時,在判斷類是否已經(jīng)被加載時,會從底層類加載器開始進(jìn)行判斷。當(dāng)系統(tǒng)需要加載一個類時,會從頂層類開始加載,依次向下嘗試,直到成功。
啟動類加載器:完全由c語言實(shí)現(xiàn),并且java中沒有對象與之對應(yīng),負(fù)責(zé)加載系統(tǒng)的核心類,比如rt.jar
中的java類。
擴(kuò)展類加載器:用于加載%JAVA_HOME%/lib/ext/*.jar
中的java類。
應(yīng)用類加載器:用于加載用戶類,也就是用戶程序的類。
自定義類加載器:用于加載一些特殊途徑的類,一般也是用戶程序的類。
下列代碼輸出了加載的類加載器:
public class Demo04 { public static void main(String[] args) { ClassLoader cl = Demo04.class.getClassLoader(); while (cl != null) { System.out.println(cl.getClass().getName()); cl = cl.getParent(); } } }
代碼中先取得裝載當(dāng)前類Demo04
的ClassLoader
,然后打印當(dāng)前ClassLoader
并獲得其雙親,直到類加載器樹被遍歷完成。運(yùn)行結(jié)果如下:
sun.misc.Launcher$AppClassLoader sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
由此得知,Demo03
是由AppClasLoader
(應(yīng)用類加載器)加載的,而AppClassLoader
的雙親為ExtClassLoader
(擴(kuò)展類加載器)。從ExtClassLoader
無法再取得啟動類加載器,因?yàn)檫@是一個系統(tǒng)級的純C語言實(shí)現(xiàn)。因此,任何啟動類加載器中加載的類是無法獲得其ClassLoader
實(shí)例的,比如:
String.class.getClassLoader()
由于String
屬于java核心類,會被啟動類加載器加載,故以上代碼返回的是null
.
系統(tǒng)中的ClassLoader
在協(xié)同工作時,默認(rèn)會使用雙親委托模式。在類加載的時候,系統(tǒng)會判斷當(dāng)前類是否已經(jīng)被加載,如果已經(jīng)被加載,就會直接返回可用的類,否則就會嘗試加載。在嘗試加載時,會請求雙親處理,如果請求失敗,則會自己加載。
以下代碼顯示了ClassLoader
加載類的詳細(xì)過程,它在ClassLoader.loadClass()
中實(shí)現(xiàn):
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // 檢查類是否已經(jīng)加載 Class<?> c = findLoadedClass(name); if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); try { if (parent != null) { c = parent.loadClass(name, false); } else { c = findBootstrapClassOrNull(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { // 如果雙親不為null // 在雙親加載不成功時,拋出ClassNotFoundException } if (c == null) { // 如果雙親加載不成功 // 使用findClass查找類 long t1 = System.nanoTime(); c = findClass(name); // 定義類加載器,記錄數(shù)據(jù) sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0); sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1); sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment(); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; } }
判斷類是否加載時,應(yīng)用類加載器會順著雙親路徑往上判斷,直到啟動類加載器。但是啟動類加載器不會往下詢問,這個委托是單向的。
由前面的分析可知,檢查類是否已加載的委托過程是單向。這種方式雖然從結(jié)構(gòu)上比較清晰,使用各個ClassLoader
的職責(zé)非常明確,但是會帶來一個問題:即上層的ClassLoader
無法訪問下層的ClassLoader
所加載的類,如下圖:
通常情況下,啟動類加載器中的類為系統(tǒng)核心類,包括一些重要的系統(tǒng)接口,而在應(yīng)用類加載器中為應(yīng)用類。按照這種模式,應(yīng)用類訪問系統(tǒng)類自然沒問題,但是系統(tǒng)類訪問應(yīng)用類就會出現(xiàn)問題。比如,在系統(tǒng)類中提供了一個接口,該接口需要在應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn),還綁定一個工廠方法,用于創(chuàng)建該接口的實(shí)例,而接口和工廠方法都在啟動類加載器中。這些就會出現(xiàn)該工廠方法無法創(chuàng)建由應(yīng)用類加載器的應(yīng)用實(shí)例的問題。
在java平臺中,通常把核心類(rt.jar
)中提供外部服務(wù)、可由應(yīng)用層自行實(shí)現(xiàn)的接口稱為Service Provider Interface
,即SPI
.
下面以javax.xml.parsers
中實(shí)現(xiàn)XML文件解析功能模塊為例,說明如何在啟動類加載中訪問由應(yīng)用類加載器實(shí)現(xiàn)的SPI
接口實(shí)例。
public static DocumentBuilderFactory newInstance() { return FactoryFinder.find( /* The default property name according to the JAXP spec */ DocumentBuilderFactory.class, // "javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory" /* The fallback implementation class name */ "com.sun.org.apache.xerces.internal.jaxp.DocumentBuilderFactoryImpl"); }
FactoryFinder.find()
函數(shù)試圖加載并返回一個DocumentBuilderFactory
實(shí)例。當(dāng)這個實(shí)例在應(yīng)用層jar包時,它會使用如下方法進(jìn)行查找:
Object provider = findJarServiceProvider(factoryId);
其中factoryId
就是字條串javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory
,findJarServiceProvider
的主要內(nèi)容如下代碼所示(這段代碼并非jdK中的源碼,為了展示主要功能,做了刪減):
private static Object findJarServiceProvider(String factoryId) throw ConfigurationError { String serviceId = "META-INF/services" + factoryId; InputStream is = null; ClassLoader cl = ss.getContextClassLoader(); InputStream is = ss.getResourceAsStream(cl, serviceId); BufferedReader rd = new BufferedReader(new InputStreamReader(is, "UTF-8")); String factoryClassName = rd.readLine(); return newInterface(factoryClassName, cl, false, useBSClsLoader); }
從以上代碼可知,系統(tǒng)通過讀取jar包中META-INF/services
目錄下的類名文件讀取工廠類類名,然后根據(jù)類名生成對應(yīng)的實(shí)例,并將此ClassLoader
傳入newInstance()
方法,由這個ClassLoader
完成實(shí)例的加載和創(chuàng)建,而不是由這段代碼所在的啟動類加載品加載。從而解決了啟動類加載器無法訪問factoryClassName
指定類的問題。
以上代碼中,加載工廠類方法略有曲折,我們平時寫代碼時,知道了一個類的包名.類名
,要生成該類的對象,通常是這么進(jìn)行的:
Class.forname("包名.類名"),拿到Class對象。
拿到Class對象后,調(diào)用Class.newInstance()方法,生成該對象的實(shí)例。
但是,在DocumentBuilderFactory
中,這樣做就行不通了,主要原因在于Class.forName()
無法拿到類加載器。我們來看看Class.forName()
的源碼:
public static Class<?> forName(String className) throws ClassNotFoundException { Class<?> caller = Reflection.getCallerClass(); return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller); }
從上面可以看到,在哪個類里調(diào)用了Class.forName()
,就使用加載那個類的類加載器進(jìn)行類加載,即DocumentBuilderFactory調(diào)用了Class.forName()
,就使用加載DocumentBuilderFactory的類加載器進(jìn)行加載包名.類名
,但問題是DocumentBuilderFactory是由BootClassLoader加載的,獲取到的類加載器是null,這是無法加載包名.類名
。
雙親模式的類加載方式是虛擬機(jī)默認(rèn)的行為,但并非必須這么做,通過重載ClassLoader
可以修改該行為。下面將演示如何打破默認(rèn)的雙親模式:
package jvm.chapter10; import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.Channels; import java.nio.channels.FileChannel; import java.nio.channels.WritableByteChannel; class MyClassLoader extends ClassLoader { private String fileName; public MyClassLoader(String fileName) { this.fileName = fileName; } @Override protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { Class re = findClass(name); if (re != null) { return re; } System.out.println("load class " + name + " failed, parent load start"); return super.loadClass(name, resolve); } @Override protected Class<?> findClass(String className) throws ClassNotFoundException { Class clazz = this.findLoadedClass(className); if (null == clazz) { try { String classFile = getClassFile(className); FileInputStream fis = new FileInputStream(classFile); FileChannel fileChannel = fis.getChannel(); ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); WritableByteChannel outChannel = Channels.newChannel(baos); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); while (true) { int i = fileChannel.read(buffer); if (i == 0 || i == -1) { break; } buffer.flip(); outChannel.write(buffer); buffer.clear(); } fis.close(); byte[] bytes = baos.toByteArray(); clazz = defineClass(className, bytes, 0, bytes.length); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } return clazz; } private String getClassFile(String packageName) { return fileName + packageName.replaceAll("\\.", File.separator) + ".class"; } } /** * {這里添加描述} * * @author chengyan * @date 2019-11-29 4:12 下午 */ public class Demo05 { public static void main(String[] args) throws Exception { MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("/Users/chengyan/IdeaProjects/myproject/DataStructuresAndAlgorithms/out/production/DataStructuresAndAlgorithms/"); Class clz = myClassLoader.loadClass("jvm.chapter10.Demo01"); System.out.println(clz.getClassLoader().getClass().getName()); System.out.println("=======class load tree==========="); ClassLoader cl = clz.getClassLoader(); while(cl != null) { System.out.println(cl.getClass().getName()); cl = cl.getParent(); } } }
以上代碼通過自定義ClassLoader重載loadClass()方法,改變了默認(rèn)的委托雙親加載的方式,運(yùn)行結(jié)果如下:
java.io.FileNotFoundException: /Users/chengyan/IdeaProjects/myproject/DataStructuresAndAlgorithms/out/production/DataStructuresAndAlgorithms/java/lang/Object.class (No such file or directory) at java.io.FileInputStream.open0(Native Method) at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195) at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138) at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:93) at jvm.chapter10.MyClassLoader.findClass(Demo05.java:36) at jvm.chapter10.MyClassLoader.loadClass(Demo05.java:22) at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357) at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method) at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763) at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642) at jvm.chapter10.MyClassLoader.findClass(Demo05.java:52) at jvm.chapter10.MyClassLoader.loadClass(Demo05.java:22) at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357) at jvm.chapter10.Demo05.main(Demo05.java:76) load class java.lang.Object failed, parent load start jvm.chapter10.MyClassLoader =======class load tree=========== jvm.chapter10.MyClassLoader sun.misc.Launcher$AppClassLoader sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
可以看到,程序首先試圖由MyClassLoader
加載Object
類,但由于指定的路徑中沒有該類信息,故加載失敗,拋出異常,但隨后就由應(yīng)用類加載器加載成功。接著嘗試加載Demo01
,Demo01
在指定的路徑中,加載成功。打印加載Demo01
的ClassLoader
,顯示為MyClassLoader
,打印ClassLoader
層次,依次為MyClassLoader
,AppClassLoader
,ExtClassLoader
.
關(guān)于java中的Class裝載系統(tǒng)ClassLoader是怎樣使用問題的解答就分享到這里了,希望以上內(nèi)容可以對大家有一定的幫助,如果你還有很多疑惑沒有解開,可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道了解更多相關(guān)知識。
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