Java類加載器與雙親委派機(jī)制如何應(yīng)用

這篇“Java類加載器與雙親委派機(jī)制如何應(yīng)用”文章的知識(shí)點(diǎn)大部分人都不太理解，所以小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，內(nèi)容詳細(xì)，步驟清晰，具有一定的借鑒價(jià)值，希望大家閱讀完這篇文章能有所收獲，下面我們一起來看看這篇“Java類加載器與雙親委派機(jī)制如何應(yīng)用”文章吧。

引子

大家想必都有過平時(shí)開發(fā)springboot 項(xiàng)目的時(shí)候稍微改動(dòng)一點(diǎn)代碼，就得重啟，就很煩

網(wǎng)上一般介紹 2種方式 spring-boot-devtools,或者通過JRebel插件 來實(shí)現(xiàn)"熱部署"

熱部署就是當(dāng)應(yīng)用正在運(yùn)行時(shí)，修改應(yīng)用不需要重啟應(yīng)用。

其中 spring-boot-devtools其實(shí)是自動(dòng)重啟，主要是節(jié)省了我們手動(dòng)點(diǎn)擊重啟的時(shí)間，不算真正意義上的熱部署。JRebel插件啥都好，就是需要收費(fèi)

但如果平時(shí)我們?cè)?strong>調(diào)試debug的情況下，只是在方法塊內(nèi)代碼修改了一下，我們還得重啟項(xiàng)目，就很浪費(fèi)時(shí)間。這個(gè)時(shí)候我們其實(shí)可以直接build ，不重啟項(xiàng)目，即可 實(shí)現(xiàn)熱部署。

我們先來寫一個(gè)例子演示一下：

@RestController
public class TestController {
    @RequestMapping(value = "/test",method = {RequestMethod.GET, RequestMethod.POST})
    public void testclass() {
        String name = "zj";
        int weight = 100;
        System.out.println("name:"+ name);
        System.out.println("weight: "+weight);
    }
}

結(jié)果：

name:zj weight: 100

修改代碼，然后直接build項(xiàng)目，不重啟項(xiàng)目，我們?cè)僬?qǐng)求這個(gè)測(cè)試接口：

String name = "ming";
int weight = 300;

神奇的一幕出現(xiàn)了，結(jié)果為：

name:ming weight: 300

當(dāng)我們修改.java文件，只需重新生成對(duì)應(yīng)的.class文件，就能影響到程序運(yùn)行結(jié)果， 無需重啟，Why? 背后JVM的操作原理且看本文娓娓道來。

了解.class文件

首先我們得先了解一下 什么是.class文件

舉個(gè)簡單的例子，創(chuàng)建一個(gè)Person類：

public class Person {
    /**
     * 狀態(tài) or 屬性
     */
    String name;//姓名
    String sex;//性別
    int height;//身高
    int weight;//體重
    
    /**
     * 行為
     */
    public void sleep(){
     System.out.println(this.name+"--"+ "睡覺");
 }
    public void eat(){
        System.out.println("吃飯");
    }
    public void Dance(){
        System.out.println("跳舞");
    }
}

我們執(zhí)行javac命令，生成Person.class文件

然后我們通過vim 16進(jìn)制 打開它

#打開file文件
vim Person.class 

#在命令模式下輸入.. 以16進(jìn)制顯示
 :%!xxd
 
#在命令模式下輸入.. 切換回默認(rèn)顯示
:%!xxd -r

不同的操作系統(tǒng)，不同的 CPU 具有不同的指令集，JAVA能做到平臺(tái)無關(guān)性，依靠的就是 Java 虛擬機(jī)。.java源碼是給人類讀的，而.class字節(jié)碼是給JVM虛擬機(jī)讀的，計(jì)算機(jī)只能識(shí)別 0 和 1組成的二進(jìn)制文件，所以虛擬機(jī)就是我們編寫的代碼和計(jì)算機(jī)之間的橋梁。

虛擬機(jī)將我們編寫的 .java 源程序文件編譯為 字節(jié)碼 格式的 .class 文件，字節(jié)碼是各種虛擬機(jī)與所有平臺(tái)統(tǒng)一使用的程序存儲(chǔ)格式，class文件主要用于解決平臺(tái)無關(guān)性的中間文件

類加載的過程

在之前的一篇文章談?wù)凧AVA中對(duì)象和類、this、super和static關(guān)鍵字中，我們知曉 Java 是如何創(chuàng)建對(duì)象的

 Person zhang = new Person();

雖然我們寫的時(shí)候是簡單的一句，但是JVM內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)過程卻是復(fù)雜的：

• 將硬盤上指定位置的Person.class文件加載進(jìn)內(nèi)存

• 執(zhí)行main方法時(shí)，在棧內(nèi)存中開辟了main方法的空間（壓棧-進(jìn)棧），然后在main方法的棧區(qū)分配了一個(gè)變量zhang。

• 執(zhí)行new，在堆內(nèi)存中開辟一個(gè) 實(shí)體類的 空間，分配了一個(gè)內(nèi)存首地址值

• 調(diào)用該實(shí)體類對(duì)應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)，進(jìn)行初始化（如果沒有構(gòu)造函數(shù)，Java會(huì)補(bǔ)上一個(gè)默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)）。

• 將實(shí)體類的 首地址賦值給zhang，變量zhang就引用了該實(shí)體。（指向了該對(duì)象）

類加載過程

其中 上圖步驟1 Classloader(類加載器) 將class文件加載到內(nèi)存中具體分為3個(gè)步驟：加載、連接、初始化

類的生命周期一般有如下圖有7個(gè)階段，其中階段1-5為類加載過程，驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析統(tǒng)稱為連接

類的生命周期

1.加載

加載階段：指的是將類對(duì)應(yīng)的.class文件中的二進(jìn)制字節(jié)流讀入到內(nèi)存中，將這個(gè)字節(jié)流轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class 對(duì)象，作為對(duì)方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問入口

相對(duì)于類加載的其他階段而言，加載階段（準(zhǔn)確地說，是加載階段獲取類的二進(jìn)制字節(jié)流的動(dòng)作）是我們最可以控制的階段，因?yàn)殚_發(fā)人員既可以使用系統(tǒng)提供的類加載器來完成加載，也可以自定義類加載器來完成加載。這個(gè)我們文章后面再詳細(xì)講

2.驗(yàn)證

驗(yàn)證階段：校驗(yàn)字節(jié)碼文件正確性。這一階段的目的是為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。

這部分對(duì)開發(fā)者而言是無法干預(yù)的，以下內(nèi)容了解即可

驗(yàn)證階段大致會(huì)完成4個(gè)階段的檢驗(yàn)動(dòng)作：

文件格式驗(yàn)證：驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范；例如：是否以0xCAFEBABE開頭、主次版本號(hào)是否在當(dāng)前虛擬機(jī)的處理范圍之內(nèi)、常量池中的常量是否有不被支持的類型。

元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對(duì)字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語義分析（注意：對(duì)比javac編譯階段的語義分析），以保證其描述的信息符合Java語言規(guī)范的要求；例如：這個(gè)類是否有父類，除了java.lang.Object之外。

字節(jié)碼驗(yàn)證：通過數(shù)據(jù)流和控制流分析，確定程序語義是合法的、符合邏輯的。

符號(hào)引用驗(yàn)證：確保解析動(dòng)作能正確執(zhí)行。

驗(yàn)證階段是非常重要的，但不是必須的，它對(duì)程序運(yùn)行期沒有影響，如果所引用的類經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，那么可以考慮采用-Xverifynone參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗(yàn)證措施，以縮短虛擬機(jī)類加載的時(shí)間。

3.準(zhǔn)備

準(zhǔn)備階段：為類變量(static 修飾的變量)分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值

注意此階段僅僅是為類變量 即靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值

舉個(gè)例子，在這個(gè)準(zhǔn)備階段：

static int value = 3;//類變量 初始化，設(shè)為默認(rèn)值 0，不是 3哦 ?。?！
int num = 4;//類成員變量，在這個(gè)階段不初始化；在 new類，調(diào)用對(duì)應(yīng)類的構(gòu)造函數(shù)才進(jìn)行初始化
final static valFin = 5;//這個(gè)比較特殊，在這個(gè)階段也不會(huì)分配內(nèi)存?。?！

注意: valFin 是被final static修飾的常量在 **編譯 **的時(shí)候已分配好了，所以在準(zhǔn)備階段 此時(shí)的值為5，所以在這個(gè)階段也不會(huì)初始化！

4.解析

解析階段：是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程，解析動(dòng)作主要針對(duì)類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄和調(diào)用點(diǎn)限定符7類符號(hào)引用進(jìn)行。

符號(hào)引用就是一組符號(hào)來描述目標(biāo)，可以是任何字面量。

直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針、相對(duì)偏移量或一個(gè)間接定位到目標(biāo)的句柄。

這個(gè)階段了解一下即可

5.初始化

直到初始化階段，Java虛擬機(jī)才真正開始執(zhí)行類中編寫的Java程序代碼，將主導(dǎo)權(quán)移交給應(yīng)用程序。

初始化階段 是類加載過程的最后一個(gè)步驟，之前介紹的幾個(gè)類加載的動(dòng)作里，除了在加載階段用戶應(yīng)用程序可以通過自定義類加載器的方式局部參與外，其余動(dòng)作都完全由Java虛擬機(jī)來主導(dǎo)控 制。

Java程序?qū)︻惖氖褂梅绞娇煞譃閮煞N：主動(dòng)使用與被動(dòng)使用。一般來說只有當(dāng)對(duì)類的首次主動(dòng)使用的時(shí)候才會(huì)導(dǎo)致類的初始化，所以主動(dòng)使用又叫做類加載過程中“初始化”開始的時(shí)機(jī)。

類實(shí)例初始化方式，主要是以下幾種：

1、創(chuàng)建類的實(shí)例，也就是new的方式

2、訪問某個(gè)類或接口的靜態(tài)變量，或者對(duì)該靜態(tài)變量賦值

3、調(diào)用類的靜態(tài)方法

4、反射（如Class.forName("com.test.Person")）

5、初始化某個(gè)類的子類，則其父類也會(huì)被初始化

6、Java虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)被標(biāo)明為啟動(dòng)類的類（JavaTest），還有就是Main方法的類會(huì) 首先被初始化

這邊就不展開說了，大家記住即可

6.使用

當(dāng)JVM完成初始化階段之后，JVM便開始從入口方法開始執(zhí)行用戶的程序代碼

7.卸載

當(dāng)用戶程序代碼執(zhí)行完畢后，JVM便開始銷毀創(chuàng)建的Class對(duì)象，最后負(fù)責(zé)運(yùn)行的JVM也退出內(nèi)存

在如下幾種情況下，Java虛擬機(jī)將結(jié)束生命周期

執(zhí)行了System.exit()方法

程序正常執(zhí)行結(jié)束

程序在執(zhí)行過程中遇到了異?；蝈e(cuò)誤而異常終止

由于操作系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致Java虛擬機(jī)進(jìn)程終止

類加載器 與 雙親委派機(jī)制

上文類加載過程中，是需要類加載器的參與，類加載器在Java中非常重要，它使得 Java 類可以被動(dòng)態(tài)加載到 Java 虛擬機(jī)中并執(zhí)行

那什么是類加載器？通過一個(gè)類的全限定名來獲取描述此類的二進(jìn)制字節(jié)流到JVM中，然后轉(zhuǎn)換為一個(gè)與目標(biāo)類對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象實(shí)例

Java虛擬機(jī)支持類加載器的種類：主要包括3中：引導(dǎo)類加載器（Bootstrap ClassLoader）、擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）、應(yīng)用類加載器（系統(tǒng)類加載器，AppClassLoader)，另外我們還可以自定義加載器-用戶自定義類加載器

• 引導(dǎo)類加載器（Bootstrap ClassLoader）：BootStrapClassLoader是由c++實(shí)現(xiàn)的。引導(dǎo)類加載器加載java運(yùn)行過程中的核心類庫JRE＼lib＼rt.jar，sunrsasign.jar， charsets.jar， jce.jar， jsse.jar， plugin.jar 以及存放 在JRE＼classes里的類，也就是JDK提供的類等常見的比如：Object、Stirng、List等

• 擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）：它用來加載/jre/lib/ext目錄以及java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的類路徑下的類。

• 應(yīng)用類加載器（AppClassLoader)：它主要加載應(yīng)用程序ClassPath下的類（包含jar包中的類）。它是java應(yīng)用程序默認(rèn)的類加載器。其實(shí)就是加載我們一般開發(fā)使用的類

• 用戶自定義類加載器：用戶根據(jù)自定義需求，自由的定制加載的邏輯，只需繼承應(yīng)用類加載器AppClassLoader，負(fù)責(zé)加載用戶自定義路徑下的class字節(jié)碼文件

• 線程上下文類加載器：除了以上列舉的三種類加載器，其實(shí)還有一種比較特殊的類型就是線程上下文類加載器。ThreadContextClassLoader可以是上述類加載器的任意一種，這個(gè)我們下文再細(xì)說

我們來看一個(gè)例子：

public class TestClassLoader {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        ClassLoader classLoader = TestClassLoader.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        System.out.println(classLoader.getParent());//獲取其父類加載器
        System.out.println(classLoader.getParent().getParent());//獲取父類的父類加載器
    }
}

結(jié)果：

sun.misc.Launcher
ExtClassLoader@5caf905d null

結(jié)果顯示分別打印應(yīng)用類加載器、擴(kuò)展類加載器和引導(dǎo)類加載器

由于 引導(dǎo)類加載器 是由c++實(shí)現(xiàn)的，所以并不存在一個(gè)Java的類，因此會(huì)打印出null

我們還可以看到結(jié)果里面打印了 sun.misc.Launcher，這個(gè)是什么東東？

其實(shí)Launcher是JRE中用于啟動(dòng)程序入口main()的類，我們看下Launcher的源碼：

public class Launcher {
    private static Launcher launcher = new Launcher();
    private static String bootClassPath =
        System.getProperty("sun.boot.class.path");

    public static Launcher getLauncher() {
        return launcher;
    }

    private ClassLoader loader;

    public Launcher() {
        // Create the extension class loader
        ClassLoader extcl;
        try {
            extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader(); //加載擴(kuò)展類類加載器
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create extension class loader", e);
        }

        // Now create the class loader to use to launch the application
        try {
            loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);//加載應(yīng)用程序類加載器,并設(shè)置parent為extClassLoader
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create application class loader", e);
        }

        Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader); //設(shè)置AppClassLoader為線程上下文類加載器
    }

    /*
     * Returns the class loader used to launch the main application.
     */
    public ClassLoader getClassLoader() {
        return loader;
    }
    /*
     * The class loader used for loading installed extensions.
     */
    static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {}

/**
     * The class loader used for loading from java.class.path.
     * runs in a restricted security context.
     */
    static class AppClassLoader extends URLClassLoader {}

其中loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);的核心方法源碼如下：

private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) {
        this.parent = parent;//設(shè)置parent
        if (ParallelLoaders.isRegistered(this.getClass())) {
            parallelLockMap = new ConcurrentHashMap<>();
            package2certs = new ConcurrentHashMap<>();
            assertionLock = new Object();
        } else {
            // no finer-grained lock; lock on the classloader instance
            parallelLockMap = null;
            package2certs = new Hashtable<>();
            assertionLock = this;
        }
    }

通過以上源碼我們可以知曉：

• Launcher的ClassLoader是BootstrapClassLoader，在Launcher創(chuàng)建的同時(shí)，還會(huì)同時(shí)創(chuàng)建ExtClassLoader，AppClassLoader（并設(shè)置其parent為extClassLoader）。其中代碼中 "sun.boot.class.path"是BootstrapClassLoader加載的jar包路徑。

• 這幾種類加載器 都遵循 雙親委派機(jī)制

雙親委派機(jī)制說的其實(shí)就是，當(dāng)一個(gè)類加載器收到一個(gè)類加載請(qǐng)求時(shí)，會(huì)去判斷有沒有加載過，如果加載過直接返回，否則該類加載器會(huì)把請(qǐng)求先委派給父類加載器。每個(gè)類加載器都是如此，只有在父類加載器在自己的搜索范圍內(nèi)找不到指定類時(shí)，子類加載器才會(huì)嘗試自己去加載。

雙親委派模式優(yōu)勢(shì)：

• 避免類的重復(fù)加載， 當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類時(shí)，就沒有必要子ClassLoader再加載一次, 這樣保證了每個(gè)類只被加載一次。

• 保護(hù)程序安全，防止核心API被隨意篡改，比如 java核心api中定義類型不會(huì)被隨意替換

我們這里看一個(gè)例子：

我們新建一個(gè)自己的類“String”放在src/java/lang目錄下

public class String {
    static {
        System.out.println("自定義 String類");
    }
}

新建StringTest類：

public class StringTest {
    public static void main(String[] args) {
        String str=new java.lang.String();
        System.out.println("start test-------");
    }
}

結(jié)果：

start test-------

可以看出，程序并沒有運(yùn)行我們自定義的“String”類，而是直接返回了String.class。像String,Integer等類 是JAVA中的核心類，是不允許隨意篡改的！

ClassLoader

ClassLoader 是一個(gè)抽象類，負(fù)責(zé)加載類，像 ExtClassLoader，AppClassLoader 都是由該類派生出來，實(shí)現(xiàn)不同的類裝載機(jī)制。這塊的源碼太多了，就不貼了

我們來看下 它的核心方法loadClass()，傳入需要加載的類名，它會(huì)幫你加載:

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 一開始先 檢查是否已經(jīng)加載該類
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                // 如果未加載過類，則遵循 雙親委派機(jī)制，來加載類
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                //如果父類是null就是BootstrapClassLoader，使用 啟動(dòng)類類加載器
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            if (c == null) {
                long t1 = System.nanoTime();
                // 如果還是沒有加載成功，調(diào)用findClass(),讓當(dāng)前類加載器加載
                c = findClass(name);

                // 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;
    }
}

// 繼承的子類得重寫該方法
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

loadClass()源碼 展示了，一般加載.class文件大致流程：

• 先去緩存中 檢查是否已經(jīng)加載該類，有就直接返回，避免重復(fù)加載；沒有就下一步

• 遵循 雙親委派機(jī)制，來加載.class文件

• 上面兩步都失敗了，調(diào)用findClass()方法，讓當(dāng)前類加載器加載

注意：由于ClassLoader類是抽象類，而抽象類是無法通過new創(chuàng)建對(duì)象的，所以它最核心的findClass()方法，沒有具體實(shí)現(xiàn)，只拋了一個(gè)異常，而且是protected的，這是應(yīng)用了模板方法模式，具體的findClass()方法丟給子類實(shí)現(xiàn), 所以繼承的子類得重寫該方法。

自定義類加載器

編寫一個(gè)自定義的類加載器

那我們仿照 ExtClassLoader，AppClassLoader 來實(shí)現(xiàn)一個(gè)自定義的類加載器，我們同樣是繼承ClassLoader類

編寫一個(gè)測(cè)試類TestPerson

public class TestPerson {
    String name = "xiao ming";
    public void print(){
        System.out.println("hello my name is: "+ name);
    }
}

接著 編寫一個(gè)自定義類加載器MyTestClassLoader：

public class MyTestClassLoader extends ClassLoader  {

    final String classNameSpecify  = "TestPerson";

    public MyTestClassLoader() {

    }


    public MyTestClassLoader(ClassLoader parent)
    {
        super(parent);
    }

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
    {
        File file = getClassFile(name);
        try
        {
            byte[] bytes = getClassBytes(file);
            Class<?> c = this.defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
            return c;
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }

        return super.findClass(name);
    }

    private File getClassFile(String name)
    {
        File file = new File("D:\\ideaProjects\\src\\main\\java\\com\\zj\\ideaprojects\\test2\\"+ classNameSpecify+ ".class");
        return file;
    }

    private byte[] getClassBytes(File file) throws Exception
    {
        // 這里要讀入.class的字節(jié)，因此要使用字節(jié)流
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
        FileChannel fc = fis.getChannel();
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        WritableByteChannel wbc = Channels.newChannel(baos);
        ByteBuffer by = ByteBuffer.allocate(1024);

        while (true)
        {
            int i = fc.read(by);
            if (i == 0 || i == -1)
                break;
            by.flip();
            wbc.write(by);
            by.clear();
        }

        fis.close();

        return baos.toByteArray();
    }

    //我們這邊要打破雙親委派模型，重寫整個(gè)loadClass方法
    @Override
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null && name.contains(classNameSpecify)){//指定的類，不走雙親委派機(jī)制，自定義加載
            c = findClass(name);
            if (c != null){
                return c;
            }
        }
        return super.loadClass(name);
    }
}

最后在編寫一個(gè)測(cè)試controller:

@RestController
public class TestClassController {
    @RequestMapping(value = "testClass",method = {RequestMethod.GET, RequestMethod.POST})
    public void testClassLoader() throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {
        MyTestClassLoader myTestClassLoader = new MyTestClassLoader();
        Class<?> c1 = Class.forName("com.zj.ideaprojects.test2.TestPerson", true, myTestClassLoader);
        Object obj = c1.newInstance();
        System.out.println("當(dāng)前類加載器："+obj.getClass().getClassLoader());
        obj.getClass().getMethod("print").invoke(obj);

    }
}

先找到TestPerson所在的目錄， 執(zhí)行命令：javac TestPerson，生成TestPerson.class

這里沒有使用idea的build,是因?yàn)槲覀兇a的class讀取路徑 是寫死了的，不走默認(rèn)CLASSPATH
D:\ideaProjects\src\main\java\com\zj\ideaprojects\test2\TestPerson.class

我們?nèi)缓笥胮ostman調(diào)用testClassLoader()測(cè)試接口

結(jié)果：

當(dāng)前類加載器：com.zj.ideaprojects.test2.MyTestClassLoader@1d75e392
hello my name is: xiao ming

然后修改TestPerson，將name 改為 “xiao niu”

public class TestPerson {
    String name = "xiao niu";
    public void print(){
        System.out.println("hello my name is: "+ name);
    }
}

然后在當(dāng)前目錄 重新編譯, 執(zhí)行命令：javac TestPerson，會(huì)在當(dāng)前目錄重新生成TestPerson.class 不重啟項(xiàng)目，直接用postman 直接調(diào)這個(gè)測(cè)試接口 結(jié)果：

當(dāng)前類加載器：com.zj.ideaprojects.test2.MyTestClassLoader@7091bd27
hello my name is: xiao niu

這樣就實(shí)現(xiàn)了“熱部署”！??！

為什么我們這邊要打破雙親委派機(jī)制

如果不打破的話,結(jié)果 當(dāng)前類加載器會(huì)顯示"sun.misc.Launcher$AppClassLoader"，原因是由于idea啟動(dòng)項(xiàng)目的時(shí)候會(huì)自動(dòng)幫我們編譯，將class放到 CLASSPATH路徑下。其實(shí)可以把默認(rèn)路徑下的.class刪除也行。這里也是為了展示如何打破雙親委派機(jī)制，才如此實(shí)現(xiàn)的。

官方推薦我們自定義類加載器時(shí)，遵循雙親委派機(jī)制。但是凡事得看實(shí)際需求嘛

自定義類加載器時(shí)，如何打破雙親委派機(jī)制

通過上面的例子我們可以看出：

1、如果不想打破雙親委派機(jī)制，我們自定義類加載器，那么只需要重寫findClass方法即可

2、如果想打破雙親委派機(jī)制，我們自定義類加載器，那么還得重寫整個(gè)loadClass方法

SPI機(jī)制 與 線程上下文類加載器

如果你閱讀到這里，你會(huì)發(fā)現(xiàn)雙親委派機(jī)制的各種好處，但萬物都不是絕對(duì)正確的，我們需要一分為二地看待問題。

在某些場(chǎng)景下雙親委派制過于局限，所以有時(shí)候必須打破雙親委派機(jī)制來達(dá)到目的。比如 ：SPI機(jī)制、線程上下文類加載器

1.SPI(Service Provider Interface)服務(wù)提供接口。它是jdk內(nèi)置的一種服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制，將裝配的控制權(quán)移到程序之外，在模塊化設(shè)計(jì)中這個(gè)機(jī)制尤其重要，其核心思想就是 讓服務(wù)定義與實(shí)現(xiàn)分離、解耦。

SPI機(jī)制圖

2.線程上下文類加載器（context class loader）是可以破壞Java類加載委托機(jī)制，使程序可以逆向使用類加載器，使得java類加載體系顯得更靈活。

Java 應(yīng)用運(yùn)行的初始線程的上下文類加載器是應(yīng)用類加載器，在線程中運(yùn)行的代碼可以通過此類加載器來加載類和資源。Java.lang.Thread中的方法getContextClassLoader()和 setContextClassLoader(ClassLoader cl)用來獲取和設(shè)置線程的上下文類加載器。如果沒有通過 setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法進(jìn)行設(shè)置的話，線程將繼承其父線程的上下文類加載器。

SPI機(jī)制在框架的設(shè)計(jì)上應(yīng)用廣泛，下面舉幾個(gè)常用的例子：

JDBC

平時(shí)獲取jdbc,我們可以這樣：Connection connection =DriverManager.getConnection("jdbc://localhost:3306");

我們讀DriverManager的源碼發(fā)現(xiàn)：其實(shí)就是查詢classPath下，所有META-INF下給定Class名的文件，并將其內(nèi)容返回，使用迭代器遍歷，這里遍歷的內(nèi)部使用Class.forName加載了類。

其中有一處非常重要 ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);我們看下它的實(shí)現(xiàn)：

    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
        ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();//important !
        return ServiceLoader.load(service, cl);
    }

我們可以看出JDBC，DriverManager類和ServiceLoader類都是屬于核心庫 rt.jar 的，它們的類加載器是Bootstrap ClassLoader類加載器。而具體的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)相關(guān)功能卻是第三方提供的，第三方的類不能被引導(dǎo)類加載器（Bootstrap ClassLoader）加載。

所以java.util.ServiceLoader類進(jìn)行動(dòng)態(tài)裝載時(shí)，使用了線程的上下文類加載器(ThreadContextClassLoader)讓父級(jí)類加載器能通過調(diào)用子級(jí)類加載器來加載類，這打破了雙親委派機(jī)制。

Tomcat

Tomcat是web容器，我們把war包放到 tomcat 的webapp目錄下，這意味著一個(gè)tomcat可以部署多個(gè)應(yīng)用程序。

不同的應(yīng)用程序可能會(huì)依賴同一個(gè)第三方類庫的不同版本，但是不同版本的類庫中某一個(gè)類的全路徑名可能是一樣的。防止出現(xiàn)一個(gè)應(yīng)用中加載的類庫會(huì)影響另一個(gè)應(yīng)用的情況。如果采用默認(rèn)的雙親委派類加載機(jī)制，那么是無法加載多個(gè)相同的類。

Tomcat類加載器種類

• 如果Tomcat本身的依賴和Web應(yīng)用還需要共享，Common類加載器（CommonClassLoader）來裝載實(shí)現(xiàn)共享

• Catalina類加載器(CatalinaClassLoader) 用來 隔絕Web應(yīng)用程序與Tomcat本身的類

• Shared類加載器（SharedClassLoader）：如果WebAppClassLoader自身沒有加載到某個(gè)類，那就委托SharedClassLoader去加載

• WebAppClassLoader：為了實(shí)現(xiàn)隔離性，優(yōu)先加載 Web 應(yīng)用自己定義的類，所以沒有遵照雙親委派的約定，每一個(gè)應(yīng)用自己的類加載器WebAppClassLoader(多個(gè)應(yīng)用程序，就有多個(gè)WebAppClassLoader)，負(fù)責(zé)優(yōu)先加載本身的目錄下的class文件，加載不到時(shí)再交給CommonClassLoader以及上層的ClassLoader進(jìn)行加載，這破壞了雙親委派機(jī)制。

• Jsp類加載器（JasperLoader）：實(shí)現(xiàn)熱部署的功能，修改文件不用重啟就自動(dòng)重新裝載類庫。JasperLoader的加載范圍僅僅是這個(gè)JSP文件所編譯出來的那一個(gè).Class文件，它出現(xiàn)的目的就是為了被丟棄：當(dāng)Web容器檢測(cè)到JSP文件被修改時(shí)，會(huì)替換掉目前的JasperLoader的實(shí)例，并通過再建立一個(gè)新的Jsp類加載器來實(shí)現(xiàn)JSP文件的HotSwap功能。

我們來模擬一下tomcat 多個(gè)版本代碼共存：

這邊的例子換了個(gè)電腦，所以目錄結(jié)構(gòu)、路徑與上面的例子有點(diǎn)變化

我們先編寫 App類

public class App {
    String name = "webapp 1";
    public void print() {
        System.out.println("this is "+ name);
    }
}

javac App生成的App.class 放入 tomcatTest\war1\com\zj\demotest\tomcatTest 目錄下

將name改為webapp 2，重新生成的App.class 放入 tomcatTest\war2\com\zj\demotest\tomcatTest 目錄下

然后我們編寫類加載器：

public class MyTomcatClassloader extends ClassLoader {

    private String classPath;

    public MyTomcatClassloader(String classPath) {
        this.classPath = classPath;
    }


    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
    {
        File file = getClassFile(name);
        try
        {
            byte[] bytes = getClassBytes(file);
            Class<?> c = this.defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
            return c;
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }

        return super.findClass(name);
    }

    private File getClassFile(String name)
    {
        name = name.replaceAll("\\.", "/");
        File file = new File(classPath+ "/"+ name + ".class");//拼接路徑，找到class文件
        return file;
    }

    private byte[] getClassBytes(File file) throws Exception
    {
        // 這里要讀入.class的字節(jié)，因此要使用字節(jié)流
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
        FileChannel fc = fis.getChannel();
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        WritableByteChannel wbc = Channels.newChannel(baos);
        ByteBuffer by = ByteBuffer.allocate(1024);

        while (true)
        {
            int i = fc.read(by);
            if (i == 0 || i == -1) {
                break;
            }

            by.flip();
            wbc.write(by);
            by.clear();
        }

        fis.close();

        return baos.toByteArray();
    }

    //我們這邊要打破雙親委派模型，重寫整個(gè)loadClass方法
    @Override
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null && name.contains("tomcatTest")){//指定的目錄下的類，不走雙親委派機(jī)制，自定義加載
            c = findClass(name);
            if (c != null){
                return c;
            }
        }
        return super.loadClass(name);
    }

}

最后編寫測(cè)試controller:

@RestController
public class TestController {

    @RequestMapping(value = "/testTomcat",method = {RequestMethod.GET, RequestMethod.POST})
    public void testclass() throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {
        MyTomcatClassloader myTomcatClassloader = new MyTomcatClassloader("D:\\GiteeProjects\\study-java\\demo-test\\src\\main\\java\\com\\zj\\demotest\\tomcatTest\\war1");
        Class cl = myTomcatClassloader.loadClass("com.zj.demotest.tomcatTest.App");
        Object obj = cl.newInstance();
        System.out.println("當(dāng)前類加載器："+obj.getClass().getClassLoader());
        obj.getClass().getMethod("print").invoke(obj);

        MyTomcatClassloader myTomcatClassloader22 = new MyTomcatClassloader("D:\\GiteeProjects\\study-java\\demo-test\\src\\main\\java\\com\\zj\\demotest\\tomcatTest\\war2");
        Class cl22 = myTomcatClassloader22.loadClass("com.zj.demotest.tomcatTest.App");
        Object obj22 = cl22.newInstance();
        System.out.println("當(dāng)前類加載器："+obj22.getClass().getClassLoader());
        obj22.getClass().getMethod("print").invoke(obj22);

    }

}

然后postman 調(diào)一下這個(gè)接口, 結(jié)果：

當(dāng)前類加載器：com.zj.demotest.tomcatTest.MyTomcatClassloader@18fbb876
this is webapp 1
當(dāng)前類加載器：com.zj.demotest.tomcatTest.MyTomcatClassloader@5f7ed4a9
this is webapp 2

我們發(fā)現(xiàn)2個(gè)同樣的類能共存在同一個(gè)JVM中，互不影響。

注意：同一個(gè)JVM內(nèi)，2個(gè)相同的包名和類名的對(duì)象是可以共存的，前提是他們的類加載器不一樣。所以我們要判斷多個(gè)類對(duì)象是否是同一個(gè)，除了要看包名和類名相同，還得注意他們的類加載器是否一致

SpringBoot Starter

springboot自動(dòng)配置的原因是因?yàn)槭褂昧?code>@EnableAutoConfiguration注解。

當(dāng)程序包含了EnableAutoConfiguration注解，那么就會(huì)執(zhí)行下面的方法，然后會(huì)加載所有spring.factories文件，將其內(nèi)容封裝成一個(gè)map，spring.factories其實(shí)就是一個(gè)名字特殊的properties文件。

在spring-boot應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)，會(huì)調(diào)用loadFactoryNames方法，其中傳遞的一個(gè)參數(shù)就是：org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration

    protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
        List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(this.getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), this.getBeanClassLoader());
        Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
        return configurations;
    }

META-INF/spring.factories會(huì)被讀取到。

它還使用了this.getBeanClassLoader() 獲取類加載器。所以我們立刻明白了文章一開始的例子，SpringBoot項(xiàng)目直接build項(xiàng)目，不重啟項(xiàng)目，就能實(shí)現(xiàn)熱部署效果。

以上就是關(guān)于“Java類加載器與雙親委派機(jī)制如何應(yīng)用”這篇文章的內(nèi)容，相信大家都有了一定的了解，希望小編分享的內(nèi)容對(duì)大家有幫助，若想了解更多相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。