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引言
今天我們繼續來深入的剖析類加載器的內容,上節課我們講了類加載器的基本內容,沒看過的小伙伴請加關注,今天我們繼續,
什么是定義類加載器和初始化類加載器?
-
定義類加載器:假設我們的某一個類是由ExtClassLoader加載的,那么ExtClassLoader稱為該類的定義類加載器
-
初始化加載器:能夠回傳Class物件參考的都叫做該類的初始類加載器,比如類A是由我們的ExtClassLoader加載,那么
ExtClassLoader是該類的定義類加載器,也是該類的初始類加載器,而我們的AppClassLoader也能回傳我們A類的參考
那么AppClassLoader也是該類的初始類加載器,
什么是類加載器的雙親委派模型?
上篇文章我們提到了類加載器的雙親委派模型,也可以稱為雙親委托模型,今天這篇文章我們就來把這個概念給講明白,
概念:用一種簡單的方式去描述雙親委托的概念,可以分為兩個部分去理解
1委托:
jvm加載類的時候是通過雙親委派的方式去加載,自下而上的去委托,
自定義類加載器需要加載類時,先委托應用類加載器去加載,然后應用類加載器又向擴展類加載器去委托,擴展類加載器在向啟動類加載器去委托,
如果啟動類加載器不能加載該類,那么就向下加載
2加載:
jvm加載類的時候是通過雙親委派的方式去加載委托,但是加載的時候是由上向下去加載的,當委托到最頂層啟動類加載器的時候,無法在向上委托,那么
啟動類加載器就開始嘗試去加載這個類,啟動類加載器加載不了就向下交給擴展類加載器去加載,擴展類加載器加載不了就繼續向下委托交給應用類加載器
去加載,以此類推,
如果文字描述你還不清楚什么是雙親委托機制,那么我畫了一幅圖可以更清楚類加載的程序,如下:

通過上圖,我們知道更能清楚的知道,雙親委托模型的作業機制,用一句簡單的話說,就是需要加載一個類的時候,向上委托,向下加載,
注意:在雙親委派機制中,各個加載器按照父子關系形成樹型結構,除了根加載器以外,每一個加載器有且只有一個父加載器,
接下來,我也從jdk底層原始碼的角度給大家畫了一張類加載的主要程序,圖如下:

以上就是類加載器加載一個類的重要程序步驟,希望各位小伙兒可以結合原始碼的方式,仔細再研究一下,其實還挺好理解的,
下面咱們再說說,java采用雙親委托的方式去加載類,這樣做的好處是什么呢?
-
雙親委派模型的好處
總所周知:java.lang.object類是所有類的父類,所以我們程式在運行期間會把java.lang.object類加載到記憶體中,假如java.lang.object類
能夠被我們自定義類加載器去加載的話,那么jvm中就會存在多份Object的Class物件,而且這些Class物件是不兼容的,
所以雙親委派模型可以保證java核心類別庫下的型別的安全,
借助雙親委派模型,我們java核心類別庫的類必須是由我們的啟動類加載器加載的,這樣可以確保我們核心類別庫只會在jvm中存在一份
這就不會給自定義類加載器去加載我們核心類別庫的類,
根據我們的演示案例,一個class可以由多個類加載器去加載,同時可以在jvm記憶體中存在多個不同版本的Class物件,這些物件是不兼容的,
并且是不能相互轉換的,
什么是全盤委托加載?
解釋:假如我們的Person類是由我們的系統類APP類加載器加載的,而person類所依賴的Dog類也會委托給App系統類進 行加載,這個委托程序也遵循雙親委派模型,代碼如下
- person類代碼中創建Dog實體
public class Person {
public Person(){
new Dog();
}
}
public class Dog {
public Dog(){
System.out.println("Dog 的建構式");
}
}
-
測驗類
public class MainClass02 { public static void main(String[] args) throws Exception { //創建自定義類加載器的一個實體,并且通過構造器指定名稱 Test01ClassLoader myClassLoader = new Test01ClassLoader("loader1"); myClassLoader.setPath("I:\\test\\"); Class<?> classz = myClassLoader.loadClass("com.test.Person"); System.out.println(classz.getClassLoader()); System.out.println(Dog.class.getClassLoader()); } } 運行結果: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 Process finished with exit code 0從上面的運行結果,我們可以看出,當我們用自定義類加載器去加載我們的Person的時候,根據雙親委托模型,我們的Person并沒有被自定義類加載(Test01ClassLoader)加載,而是被AppClassloader加載成功,同時根據全盤委托規則,我們的Dog類也被AppClassLoader加載了,所以大家一定要記住這個至關重要的結論,為我們后面的學習打下堅實的基礎,
下面我們在看一個例子,我們把類路徑下的Person.class檔案洗掉掉,然后再運行一下上面的main函式,看看結果,代碼如下:

通過那行結果我們看出,Person類是由我們的自定義類加載器加載的,那為什么Dog類沒有進行全盤委托的,這是因為雙親委托模型的緣故,我們的類路徑下并沒有Person類,故此AppClassLoader是無法加載我們的路徑I:\\test\\下的com.test.Person.class檔案的,所以Person類是由我們自定的類加載器加載的,再看Dog類,由于它的加載要遵循雙親委托模型,因為類路徑下有Dog.class檔案,所以AppClassLoader就可以加載Dog類,故此加載Dog類的ClassLoader是AppClassLoader,寫到這里,大家對類加載已經有了一個非常深刻的理解,那么java為什么使用雙親委托模型的好處我相信已經不言而喻了,那么下面來說說雙親委托模型,有沒有他的弊端呢,或者說有什么不好的地方嘛?我們可以打破這種雙親委托的方式去加載類嘛?下面我們來看一個例子,
類加載器的命名空間
說到雙親委托模型的弊端,那我就離不開命名空間的概念,
類加載器的命名空間 是由類加載器本身以及所有父加載器所加載出來的binary name(full class name)組成.
①:在同一個命名空間里,不允許出現二個完全一樣的binary name,
②:在不同的命名空間種,可以出現二個相同的binary name,當時二者對應的Class物件是相互不能感知到的,也就是說Class物件的型別是不一樣的,
解釋:同一個Person.class檔案 被我們的不同的類加載器去加載,那么我們的jvm記憶體中會生成二個對應的Person的Class物件,而且這二個對應的Class物件是相互不可見的(通過Class物件反射創建的實體物件相互是不能夠兼容的不能相互轉型**
③:子加載器的命名空間中的binary name對應的類中可以訪問 父加載器命名空間中binary name對應的類,反之不行
下面準備了一張圖,以便于大家的理解,

上面這張圖就很好的解釋了命名空間的概念,大家可以再好好的體會一下,
我們光畫圖,光用嘴說并不是一種很有力的證據,就如同我寫在這篇博文的時候所提,我們在學習和掌握某個概念的時候,就必須要拿出有力的證據,來證明自己的猜想或者是觀點,那我們就舉一個例子,來驗證一下我們上面的理論是否正確,代碼如下:
這是Person類的代碼,
package com.test;
public class Person {
public Person() {
new Dog();
System.out.println("Dog的classLoader:-->"+ Dog.class.getClassLoader());
}
static{
System.out.println("person類被初始化了");
}
}
這是Dog類的代碼,
package com.test;
public class Dog {
public Dog(){
System.out.println("Dog 的建構式");
}
}
具體的驗證思路是這樣的,首先我們把Person類的Class檔案放到啟動類加載器的加載目錄下(C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\classes 這是啟動類加載器的加載目錄)來達到Person類交給啟動類加載器加載的目的,
然后呢,我們讓Dog類去被AppClassLoader(系統類加載器去加載),然后我們在Person類中去訪問Dog類,看看能否訪問成功,
測驗環境:把我們的Person.class放置在C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\classes這個目錄下,那么我們的Person.class就會被我們的啟動類加載器加載,而我們的Dog類是被AppClassLoader進行加載,我們的Person類 中參考我們的Dog類會拋出例外.
創建main方法進行測驗:
package com.test;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* jvm 類加載器 第一章
* @author 奇客時間-時光
* 自定義類加載器——命名空間
* 測驗父加載所加載的類,不能訪問子加載器所加載的類,
*/
public class MainClass02 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("Person的類加載器:"+Person.class.getClassLoader());
System.out.println("Dog的類加載器:"+Dog.class.getClassLoader());
Class<?> clazz = Person.class;
clazz.newInstance();
}
}
運行結果:
"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\bin\java.exe" "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.2\lib\idea_rt.jar=59226:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\rt.jar;I:\jvm\out\production\jvm-classloader" com.test.MainClass02
Person的類加載器:null
Dog的類加載器:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
person類被初始化了
Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: com/test/Dog
at com.test.Person.<init>(Person.java:7)
at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
at java.lang.Class.newInstance(Class.java:442)
at com.test.MainClass02.main(MainClass02.java:20)
Process finished with exit code 1

總結:通過上面的代碼我們就可以看出來,我們在Person中去new一個Dog的實體的時候,并沒有創建成功,而是拋出了Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: com/test/Dog這樣的例外,這也就證明了,我們上面所說的結論(父加載器所加載的類,不能訪問子加載所加載的類,)
即啟動類加載器所加載的類,不能訪問系統類加載器所加載的類(AppClassLoader),
那么肯定會有人問,我們的子加載器所加載的類,可以訪問父加載器所加載的類嘛?我們不妨來證實一下,我們只需要改動一下MainClass02這個類的代碼即可,讓AppClassLoader去加載Dog類,讓我們的自定義類加載器去加載我們的Person類,并在Person類中去訪問Dog類,然后將之前C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\classes目錄下的Person中的Class檔案洗掉掉,另外還有把我們類路徑下的Person檔案洗掉掉,并且在I:\test\目錄下添加com.test.Person.class檔案,代碼如下:
package com.test;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* jvm 類加載器 第一章
* @author 奇客時間-時光
* 自定義類加載器
* 測驗子類加載器所加載的類,能否訪問父加載器所加載的類,
*/
public class MainClass02 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//創建自定義類加載器的一個實體,并且通過構造器指定名稱
Test01ClassLoader myClassLoader = new Test01ClassLoader("loader1");
myClassLoader.setPath("I:\\test\\");
Class<?> classz = myClassLoader.loadClass("com.test.Person");
System.out.println(classz.getClassLoader());
System.out.println("Dog的類加載器:"+Dog.class.getClassLoader());
classz.newInstance();
}
}
運行結果:
"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\bin\java.exe" "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.2\lib\idea_rt.jar=60588:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\rt.jar;I:\jvm\out\production\jvm-classloader" com.test.MainClass02
自己的類加載器被加載了
com.test.Test01ClassLoader@677327b6
Dog的類加載器:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
Dog 的建構式
Process finished with exit code 0
從上面的結果可以看出,Person是由我們的Test01ClassLoader自定義類加載器所加載的,那么它的父親加載器是AppClassLoader,顯然Dog類是由我們的AppClassLoader所加載的,故此代碼正常運行,沒有拋出例外,從而得出結論:
1:父加載器所加載的類,不能訪問子加載器所加載的類,
2:子加載器所加載的類,可以訪問父加載器所加載的類,
雙親委托模型的弊端
-
我們先看一段我們非常熟悉的資料庫連接相關的代碼片段,
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/RUNOOB","root","123456"); Statement stmt = conn.createStatement();

案例分析
- 在上述圖中的第五步為什么會用執行緒背景關系加載器進行加載呢?
- 在雙親委托模型的機制下,類的加載是由下而上的,即下層的加載器會委托上層進行加載,有些介面是Java核心庫(rt.jar)提供的例如上面的createStatement介面,而Java核心庫是由啟動類加載器進行加載的,而這些介面的具體實作是來自不同的廠商(Mysql),而具體的實作都是通過依賴jar包放到我們專案中的classPath下的,Java的啟動類加載器/根類加載器是不會加載這些其他來源的jar包,
- 我們都知道classPath下的jar包是由我們系統類加載器/應用加載器進行加載,根據我們雙親委托的機制父類加載器是看不到子類(系統類加載器)所加載的具體實作,createStatement 這個介面是由根類加載器進行加載的 而具體的實作又加載不了,在雙親委托的機制下,createStatement這個介面就無具體的實作,
- 我們Java的開發者就通過給當前執行緒池設定背景關系加載器的機制,就可以由設定的背景關系加載器來實作對于介面實作類的加載,換句話說父類加載器可以使用當前執行緒背景關系加載器加載父類加載器加載不了的一些介面的實作,完美了解決了由于SPI模型(介面定義在核心庫中,而實作由各自的廠商以jar的形式依賴到我們專案中)的介面呼叫,
下面我提供了一張SPI的流程圖,不知道什么是SPI的小伙伴兒,可以看一下這張圖:

從上面的例子,我們可以看出,雙親委托模型的弊端,然后我們的jdk給我們提供了一種通過修改執行緒背景關系類加載的方式來打破這種雙親委托的規則,關于修改背景關系類加載的話題,我們下個章節再具體的講解,接下來呢,我們再看看,獲取類加載器的幾個方法,并且奉上翻譯好的java doc檔案,方便我們后續學習執行緒類加載器,
獲取類加載器的幾個方法
- Class.getClassLoader()
/**
* Returns the class loader for the class(回傳加載該類的類加載器). Some implementations may use
* null to represent the bootstrap class loader(有一些jvm的實作可能用null來表示我們的啟動類加載器比如 hotspot).
* This method will return null in such implementations if this class was loaded by the bootstrap class loader.
* 若這個方法回傳null的話,那么這個類是由我們的啟動類加載器加載
*
* If this object represents a primitive type or void, null is returned.
(原始型別 比如int,long等等的類或者 void型別 那么他們的類加載器是null)
*
*
*/
public ClassLoader getClassLoader() {
ClassLoader cl = getClassLoader0();
if (cl == null)
return null;
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
ClassLoader.checkClassLoaderPermission(cl, Reflection.getCallerClass());
}
return cl;
}
-
1:回傳代表加載該class的類加載器
-
2:有一些虛擬機(比如hotspot) 的啟動類加載器是null來表示
-
3:原始型別 比如int ,long 或者是void型別 ,他們的類加載器是null
-
ClassLoader.getSystemClassLoader()方法解讀
/**
* Returns the system class loader for delegation(該方法回傳系統類加載器). This is the default
* delegation parent for new ClassLoader instances(也是我們自己定義的類加載器的委托父類), and is
* typically the class loader used to start the application(通常系統類加載器是用來啟動我們的應用的)
*
* This method is first invoked early in the runtime's startup
* sequence(程式在運行早起就會呼叫該方法), at which point it creates the system class loader and sets it
* as the context class loader of the invoking <tt>Thread</tt>.(在那個時間,呼叫執行緒創建我們的系統類加載器同時把系統類加載器設定到我們執行緒背景關系中)
*
* <p> The default system class loader is an implementation-dependent
* instance of this class.(這句話沒有很好的理解)
*
* <p> If the system property "<tt>java.system.class.loader</tt>" is defined
* when this method is first invoked then the value of that property is
* taken to be the name of a class that will be returned as the system
* class loader. The class is loaded using the default system class loader
* and must define a public constructor that takes a single parameter of
* type <tt>ClassLoader</tt> which is used as the delegation parent. An
* instance is then created using this constructor with the default system
* class loader as the parameter. The resulting class loader is defined
* to be the system class loader.
我們可以通過java.system.class.loader 系統屬性來指定一個自定義的類加載的二進制名稱作為新的系統類加載器,
在我們自定的加載中我們需要定義個帶引數的建構式,引數為classLoader,那么我們這個自定義的類加載器就會看做系統類加載器
*
* @return The system <tt>ClassLoader</tt> for delegation, or
* <tt>null</tt> if none
*
* @throws SecurityException
* If a security manager exists and its <tt>checkPermission</tt>
* method doesn't allow access to the system class loader.
*
* @throws IllegalStateException
* If invoked recursively during the construction of the class
* loader specified by the "<tt>java.system.class.loader</tt>"
* property.
*
* @throws Error
* If the system property "<tt>java.system.class.loader</tt>"
* is defined but the named class could not be loaded, the
* provider class does not define the required constructor, or an
* exception is thrown by that constructor when it is invoked. The
* underlying cause of the error can be retrieved via the
* {@link Throwable#getCause()} method.
*
* @revised 1.4
*/
@CallerSensitive
public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
//初始化系統類加載器
initSystemClassLoader();
if (scl == null) {
return null;
}
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
checkClassLoaderPermission(scl, Reflection.getCallerClass());
}
return scl;
}
- 1:該方法的作用是回傳系統類加載器
- 2:也是我們自定義加載器的直接父類
- 3:系統類加載器是用來啟動我們的應用的
- 4:在系統早期,呼叫執行緒會創建出我們的系統類加載器,并且把我們的系統類加載器設定到當前執行緒的背景關系中.
- 5:我們可以通過系統屬性:java.system.class.loader來指定一個我們自定義類加載器來充當我們系統類加載器,不過我們的我們自定的加載器需要提供一個帶引數(classloader)的構造器
這篇文章就寫到這里,jvm的藝識訓繼續連載,有興趣的讀者可以關注我:
JVM的藝術—類加載器篇(一)已完結
JVM的藝術—類加載器篇(二)已完結
JVM的藝術—類加載器篇(三)創作中
筆者公眾號:奇客時間
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標籤:Java
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