JVM(六):探究类加载过程-下
JVM(六):探究类加载过程-下
上文说了类加载过程的5个阶段，着重介绍了各个阶段做的工作。在本文中，我们对执行加载阶段的主体进行探讨，学习类加载器的模型和逻辑，以及我们该如何自定义一个类加载器。
定义
前面说过加载阶段是一个可以让设计人员高度自控的模块，因为类文件的源头可以是多种多样的，代码生成、反射生成或从网络中生成等。因此类加载器作为对这些文件的处理就显得尤为重要。
但类加载器的功能不仅如此，其还有一个重要的功能就是和一个类的全限定名唯一确定一个类。通俗来说，要说两个类是相同的，不仅其全限定名要一样，其对应的类加载器也必须相同，才能说明两个类是相等的。
正因为类加载器的功能角色如此重要，因此虚拟机对其的实现规范也十分重视。在Java虚拟机中，对其的实现模型是双亲委派模型。
模型
双亲委派模型
双亲委派模型的主要执行过程示意图如上所示，其分为启动类加载器(Bootstrap Class-loader)，拓展类加载器(Extension Class-loader)，应用程序类加载(Application Class-loader)。
其中启动类加载器主要负责加载 JRE 的核心类库，如 JRE 目录下的 rt.jar。但其实根据《深入分析 Java Web 技术内幕》上所说，启动类加载器并不严格符合双亲委派模型，因为Bootstrap Class-loader 并不属于 JVM 的类等级层次。Bootstrap Class-loader 是没有子类的，Extension Class-loader 也是没有父类的。不过在这里我们并不深究，只要知道有这一点就可以了。
Extension Class-loader 主要负责加载 JRE 拓展目录 ext 下的类。
Application Class-loader 主要负责用户类路径(Class-path)下的类，这个类加载器是使用的最多的，因为大大多数情况下，一般开发者并没有实现自定义的类加载器，那么 JVM 就会使用这个来加载类大部分类。
执行过程
双亲委派模型执行过程
上图就是双亲委派模型的执行过程，当类开始加载的时候，先检查是否已经被加载过，如果没有被加载过，则调用父类的加载方法，如果父类加载失败，抛出异常，则调用自身的 findClass() 方法进行加载。
JDK 中加载过程的源码分析：
protected Class<?> loadClass(String name,boolean resolve) throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First,check if the class has already been loaded
// 如果加载过了,就不要加载直接返回
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
// 判断是否有父加载器
if (parent != null) {
// 有父加载器则调用父加载器加载
c = parent.loadClass(name， false);
} else {
// 无父亲就调用 bootstarp 加载器来加载
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
// 父加载器和 bootstarp 加载器都没有找到指定类，调用当前类的 findClass() 来完成类加载
// 因此，自定义类加载器，就是重写 findClass() 方法
if (c == null) {
// If still not found， then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
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;
}
}
从源码中，我们可以看到其实符合规范要求的 双亲委派模型 的。而当我们要自定义一个类加载器的时候就是通过重写 findClass() 来实现的。
自定义类加载器
/**
* 1. 自定义类加载器通过集成ClassLoader来实现，主要通过重写findClass方法
* 2. findClass方法首先通过自定义的loadByte()方法将Class文件转换成byte[]字节流
* 3. 然后通过defineClass()方法将其转换为Class对象
*/
public class SelfClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public SelfClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
/**
* 通过 difineClass，将一个字节数组转换为Class 对象
* @param name
* @return
* @throws ClassNotFoundException
*/
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
return defineClass(name， data， 0， data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
/**
* 根据路径将指定的文件读取为byte 流
* @param name
* @return
* @throws IOException
*/
private byte[] loadByte(String name) throws IOException {
name = name.replaceAll("\\."， "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
+ ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
}
另一个种实现自定义类加载器的方法:
/**
* 1. 加载指定packageName下的类
* 2. 用自定义类加载器进行加载，如果加载失败，再交给父加载器进行加载
*/
public class UrlSelfClassloader extends URLClassLoader {
private String packageName = "";
public UrlSelfClassloader(URL[] urls， ClassLoader parent) {
super(urls， parent);
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
Class<?> aClass = findLoadedClass(name);
if (Objects.nonNull(aClass)){
return aClass;
}
if (!packageName.startsWith(name)){
return super.loadClass(name);
}else {
return findClass(name);
}
}
}
如何使用自定义的类加载器
public static void main(String args[]) throws Exception {
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("");
Class clazz = classLoader.loadClass("");
Object obj = clazz.newInstance();
Method helloMethod = clazz.getDeclaredMethod("hello"， null);
helloMethod.invoke(obj， null);
}
总结
在本文中，我们讲解了类加载器的实现模型，分析了在 JDK 中类加载器的源码实现，并根据源码中的代码实现，自定义了一个类加载器的实现。
此外相信经过五和六两篇文章的学习，大家应该对如何将类加载入虚拟机中有了系统的理解。
后面的文章中，我们就要进入 JVM 的内部了，从下篇文章开始，我们就开始逐步讲解 JVM 的内存布局，了解 JVM 中的各个逻辑上划分的存储结构以及其作用，欢迎各位读者浏览。
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本系列文章主要借鉴《深入分析 Java Web 技术内幕》和《深入理解 Java 虚拟机 - JVM 高级特性与最佳实践》。
