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勿在流沙筑高台,出来混迟早要还的。
上一篇分析了ClassLoader的类加载相关的核心源码,也简单介绍了ClassLoader的设计思想, 读源码相对来说是比较枯燥的,还是这个是必须要走的过程,学习源码中的一些思想,一些精髓,看一下大神级人物是怎么写出那么牛逼的代码。我们能够从中学到一点点东西,那也是一种进步和成长了 。本文基于上一篇文章内容,手把手写一个自定义类加载器,并且通过一些简单的案例(场景)让我们更加细致和静距离的体验类加载器的神奇之处。
本文地图:
上一篇介绍了ClassLoader中 loadClass()
内的一些源码,也介绍了一些核心的API,其中有一个 getParent()
是没有做说明的,这里简单说明一下,方便快速理解后续的内容。
// 返回委托的父类加载器。 ClassLoader getParent() 复制代码
这个方法是获取父类加载器,那么父类加载器是怎么初始化的。上一文也提到了,虽然类加载器的加载模式为双亲委派模型,但是真正在实现上并不是使用继承方式。
看下面源码, sun.misc.Launcher
类是java的入口,在启动java应用的时候会首先创建Launcher类,创建Launcher类的时候回准备应用程序运行中需要的类加载器。
/** * 删除了一些其他代码,方便阅读 **/ public class Launcher { // 可自行打印一下 bootClassPath ,看输入内容是什么? private static String bootClassPath = System.getProperty("sun.boot.class.path");// ① private static Launcher launcher = new Launcher(); // ② private ClassLoader loader; public Launcher() { Launcher.ExtClassLoader var1; try { var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader(); } catch (IOException var10) { throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10); } try { this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1); } catch (IOException var9) { throw new InternalError("Could not create application class loader", var9); } Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);// ③ // 省略其他代码.... } } 复制代码
第一:Launcher作为JAVA应用的入口,根据我们之前所学的双亲委派模型,Laucher是由JVM创建的,它类加载器应该是 BootStrapClassLoader
, 这是一个C++编写的类加载器,是Java应用体系中最顶层的类加载器,负责加载JVM需要的一些类库,classpath配置 ( %JAVA_HOME%/jre/lib
)。下面通过简单例子进行说明:
public class TestClassLoader { public static void main(String[] args) { // 可以获取是哪个类加载器加载 Launcher 这个类 ClassLoader classLoader = Launcher.class.getClassLoader(); System.out.println("classLoader : " + classLoader); System.out.println("-------------------"); String bootClassPath = System.getProperty("sun.boot.class.path"); String[] split = bootClassPath.split(";"); for (int i = 0; i < split.length; i++) { System.out.println(split[i]); } }复制代码
输出的结果,我本地机器上路径:
classLoader : null ------------------- C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_121/jre/lib/resources.jar C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_121/jre/lib/rt.jar C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_121/jre/lib/sunrsasign.jar C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_121/jre/lib/jsse.jar C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_121/jre/lib/jce.jar C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_121/jre/lib/charsets.jar C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_121/jre/lib/jfr.jar C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_121/jre/classes复制代码
第二:当初始化 Launcher
类的时候,遇到关键字new 进行初始化,调用构造方法。先获取到 ExtClassLoader
类加载器,然后在获取 AppClassLoader
类加载器器,然后设置 ExtClassLoader
做为它父类加载器。具体设置代码如下:
public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader var0) throws IOException { //删掉其他代码... return new Launcher.AppClassLoader(var1x, var0); } AppClassLoader(URL[] var1, ClassLoader var2) { // 看 super的实现 ,var2 就是 ExtClassLoader super(var1, var2, Launcher.factory); this.ucp.initLookupCache(this); } /** * 在AppClassLoader的父类中,java.net.URLClassLoader#URLClassLoader * super(parent); 设置父类加载器,最后可以通过 getParent() 获取父类加载器 */ public URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent, URLStreamHandlerFactory factory) { super(parent); // 这里就不在继续往上跟踪了,在往上代码相对简单,可自行查阅 SecurityManager security = System.getSecurityManager(); //删掉其他代码... } 复制代码
第三:设置上下文类加载器的思考?
在Java中为什么需要上下文类加载器呢,这个就是一个非常有意思的问题。 Java中有两种方式获取类加载器:
第一种:一个类被加载的时候使用哪个类加载器来加载,也就是 类.class.getClassLoader()
或者 对象.getClass().getClassLoader()
。
String str = new String(); ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader(); ClassLoader classLoader2 = str.getClass().getClassLoader(); System.out.println("String loader1 : " + classLoader1); System.out.println("String loader2 : " + classLoader2); -----输出为null,启动类加载器进行加载-------- String loader1 : null String loader2 : null复制代码
第二种:通过Thread的上限文获取类加载器。为什么要通过上下文加载呢?
虽然我们都知道Java类加载的双亲委派模型,在加载一个类的时候,会优先委派给父类加载器,这样保证不会出现类被重复加载,也保证了Java一些基础类(如String类)可以稳定的存在,不会被用户自定义类顶替掉。
但是双亲委派模型并不是完美的,在一些场景下会出现一些比较难解决的问题,举个例子,在使用SPI的时候, java.util.ServiceLoader
是通过 BootStrapClassLoader
类加载器加载的,在执行到加载用户编写的扩展类的时候,如果使用当前类的类加载器,是肯定无法加载到用户编写的类的,这个时候就无法继续执行了,所以这个时候就需要使用Thread的上下文类加载器,查看源码的时候我们就发现,在用户不主动传递 ClassLoader
的时候,会获取当前上下文类加载器,这样应用程序才能正常的执行。
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> var0) { ClassLoader var1 = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); return load(var0, var1); }复制代码
小总结:
上面的内容是在上一篇的基础上继续的扩展,如果对还没有看过上一篇内容,请先阅读上一篇内容后,在来看这段内容。整个ClassLoader源码的的部分就分析这么多了,后面在自定义类加载器中有遇到需要分析源码的地方,还是会继续进行说明和讲解。
前面的两篇文章一直在为自定义加载器做铺垫,本文终于来引来这个神秘的嘉宾了,下面就我们用"热恋"的掌声欢迎它的出场(活跃一下气氛,因为刚才看源码太安静了)!
首先看一下JDK API中如何教我们实现从现从网络加载类的类加载器的简单示例。看下面代码:
例如,应用程序可以创建一个网络类加载器,从服务器中下载类文件。示例代码如下所示: ClassLoader loader = new NetworkClassLoader(host, port); Object main = loader.loadClass("Main", true).newInstance(); . . . 网络类加载器子类必须定义方法 findClass 和 loadClassData,以实现从网络加载类。下载组成该类的字节后,它应该使用方法 defineClass 来创建类实例。示例实现如下: class NetworkClassLoader extends ClassLoader { String host; int port; public Class findClass(String name) { byte[] b = loadClassData(name); return defineClass(name, b, 0, b.length); } private byte[] loadClassData(String name) { // load the class data from the connection . . . } } 复制代码
下面就“手把手”一步步教你如何实现一个自定义类加载器!
第一步: 新建一个 MyClassLoader
继承 ClassLoader
public class MyClassLoader extends ClassLoader {}复制代码
第二步:添加自定义的类加载器属性和 构造函数
public class MyClassLoader extends ClassLoader { /** * 类加载器名称 */ private String name; /** * 自定义加载路径 */ private String path; /** * 自定义加载文件后缀类型 */ private final String fileType = ".class"; public MyClassLoader(String name,String path){ //让系统类加载器(AppClassLoader)成为该类加载器的父类加载器 super(); this.name = name; this.path = path; } public MyClassLoader(ClassLoader parent,String name,String path){ //显示指定该类的父类加载器 super(parent); this.name = name; this.path = path; } @Override public String toString() { return this.name; } }复制代码
第三步:重写 findClass
方法,自定义我们自己的查询类的方式,然后通过 defineClass
方法将一个 byte 数组转换为 Class 类的实例。
/** * 加载我们自己定义的类,通过我们自己定义的类加载器 * @param name 二进制的文件名称 * @return Class实例对象 * @throws ClassNotFoundException */ @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { //获取class文件的字节数组 byte[] resultData = this.loadByteClassData(name); return super.defineClass(name, resultData, 0, resultData.length); } /** * 加载指定路径下面的class文件的字节数组 * @param name 二进制文件名称 ,例如:com.learn.classloader.Demo * @return 二进制字节数组 */ private byte[] loadByteClassData(String name) { byte[] classData = null; InputStream in = null; ByteArrayOutputStream os = null; try { // 比如 有包名 二进制文件名:com.learn.classloader.Demo // 转换为本地路径 com/learnclassloader/Demo.class name = this.path + name.replaceAll("//.", "/") + fileType; File file = new File(name); os = new ByteArrayOutputStream(); in = new FileInputStream(file); int tmp = 0; while ((tmp = in.read()) != -1){ os.write(tmp); } // 文件流转为二进制字节流 classData = os.toByteArray(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { try { // 关闭流 if(in != null){ in.close(); } if(os != null){ os.close(); } }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } return classData; } 复制代码
上面三步整合在一起,就实现了一个简单的类加载! 查看自定义类加载器的全部代码。
/** * 自定义类加载器 * * @author:dufyun * @version:1.0.0 * @date 2019/3/28 */ public class MyClassLoader extends ClassLoader { /** * 类加载器名称 */ private String name; /** * 自定义加载路径 */ private String path; /** * 自定义加载文件后缀类型 */ private final String fileType = ".class"; public MyClassLoader(String name,String path){ //让系统类加载器(AppClassLoader)成为该类加载器的父类加载器 super(); this.name = name; this.path = path; } public MyClassLoader(ClassLoader parent,String name,String path){ //显示指定该类的父类加载器 super(parent); this.name = name; this.path = path; } /** * 加载我们自己定义的类,通过我们自己定义的类加载器 * @param name 二进制的文件名称 * @return Class实例对象 * @throws ClassNotFoundException */ @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { //获取class文件的字节数组 byte[] resultData = this.loadByteClassData(name); return super.defineClass(name, resultData, 0, resultData.length); } /** * 加载指定路径下面的class文件的字节数组 * @param name 二进制文件名称 ,例如:com.learn.classloader.Demo * @return 二进制字节数组 */ private byte[] loadByteClassData(String name) { byte[] classData = null; InputStream in = null; ByteArrayOutputStream os = null; try { // 比如 有包名 二进制文件名:com.learn.classloader.Demo // 转换为本地路径 com/learn/classloader/Demo.class name = this.path + name.replaceAll("//.", "/") + fileType; File file = new File(name); os = new ByteArrayOutputStream(); in = new FileInputStream(file); int tmp = 0; while ((tmp = in.read()) != -1){ os.write(tmp); } // 文件流转为二进制字节流 classData = os.toByteArray(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { try { // 关闭流 if(in != null){ in.close(); } if(os != null){ os.close(); } }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } return classData; } @Override public String toString() { return this.name; } }复制代码
第五:简单的测试自定义类加载器!
MyClassLoader myClassLoaderA = new MyClassLoader("aflyun", "F://tmp//"); System.out.println("myClassLoaderA :" + myClassLoaderA.getParent().getClass().getName()); // 设置父类加载器 为null ,启动类加载器 MyClassLoader myClassLoaderB = new MyClassLoader(null, "aflyun", "F://tmp//"); System.out.println("myClassLoaderB :" + myClassLoaderB.getParent()); ------------ myClassLoaderA :sun.misc.Launcher$AppClassLoader myClassLoaderB :null复制代码
看到这里,你如果对本篇第一小节理解的话,这里肯定会好奇, MyClassLoader
是怎么设置 AppClassLoader
为父类加载器的,在代码中只写了一个 super();
系统类加载器(AppClassLoader)成为该类加载器的父类加载器。还是看源码 ,使用 super();
在初始化的时候调用 CLassLoader
的构造函数,在此构造函数中有一个 getSystemClassLoader()
获取的就是 AppClassLoader
。
protected ClassLoader() { this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader()); }复制代码
我们在看一下 getSystemClassLoader()
的实现,其中有一个 initSystemClassLoader()
方法获取到 Launcher
初始化加载的 ClassLoader
,然后将此 ClassLoader
赋值给 ClassLoader
类 中的 scl
!具体源码如下:
// The class loader for the system private static ClassLoader scl; public static ClassLoader getSystemClassLoader() { initSystemClassLoader(); // 获取系统初始化的ClassLoader if (scl == null) { return null; } SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); if (sm != null) { checkClassLoaderPermission(scl, Reflection.getCallerClass()); } return scl; } private static synchronized void initSystemClassLoader() { if (!sclSet) { // 省略其他代码..... sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher(); if (l != null) { Throwable oops = null; //从Launcher 中获取ClassLoader也就是 AppClassLoader scl = l.getClassLoader(); // 省略其他代码..... } sclSet = true; } }复制代码
最后 this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());
调用了 ClassLoader
的另一个构造函数,具体看下面源码,比较简单,就不做太多说明了。
// 这段代码上一篇文章就介绍过 private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) { this.parent = parent; // 将获取的系统类加载器作为父类加载器,通过getParent()获取! if (ParallelLoaders.isRegistered(this.getClass())) { parallelLockMap = new ConcurrentHashMap<>(); // 省略其他代码..... } else { // no finer-grained lock; lock on the classloader instance parallelLockMap = null; // 省略其他代码..... } } /** * 获取父类加载器 */ public final ClassLoader getParent() { if (parent == null) return null; SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); if (sm != null) { checkClassLoaderPermission(parent, Reflection.getCallerClass()); } return parent; }复制代码
一张图在此说明:当前的类加载器就是自定义类加载器 MyClassLoader
!
MyClassLoader myClassLoaderA = new MyClassLoader("aflyun", "F://tmp//");复制代码
tips1 :自定义类加载说明
在实现自定义类加载器过程中可以重写 findClass
也可以重写 loadClass
,但一般建议重写 findClass
!
tips2 :自定义类加载器设置了加载路径path,其实之前介绍过的类加载器也有对应的加载路径。
// BootStrapClassLoader String bootClassPath = System.getProperty("sun.boot.class.path"); // ExtClassLoader String var0 = System.getProperty("java.ext.dirs"); // AppClassLoader String var1 = System.getProperty("java.class.path");复制代码
F:盘中代码
public class HelloWorld { public HelloWorld() { System.out.println("--F: --HelloWorld--" + this.getClass().getClassLoader()); } }复制代码
工程中代码
:
package com.learn.classloader; public class HelloWorld { public HelloWorld() { System.out.println("--IDEA --HelloWorld--" + this.getClass().getClassLoader()); } }复制代码
执行类加载代码
:
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("myClassLoader","F:/tmp/"); Class<?> cls = null; try { //加载类文件 cls = myClassLoader.loadClass("HelloWorld"); cls.newInstance();//实例化类。调用构造方法 } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }复制代码
思考一下打印的结果是什么呢?
答案: --F: --HelloWorld--myClassLoader
原因分析: HelloWorld
类的class文件只有在 F:/tmp/
下存在,所以就加载的是F盘下的 HelloWorld
类文件!
F:盘中代码
package com.learn.classloader; public class HelloWorld { public HelloWorld() { System.out.println("--F:com.learn.classloader --HelloWorld--" + this.getClass().getClassLoader()); } }复制代码
工程中的代码
:
package com.learn.classloader; public class HelloWorld { public HelloWorld() { System.out.println("--IDEA --HelloWorld--" + this.getClass().getClassLoader()); } }复制代码
执行类加载代码
:
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("myClassLoader","F:/tmp/"); Class<?> cls = null; try { cls = myClassLoader.loadClass("com.learn.classloader.HelloWorld"); cls.newInstance(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }复制代码
思考一下打印的结果是什么呢?
答案: --IDEA --HelloWorld--sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
原因分析:F盘中 HelloWorld
和工程中的 HelloWorld
具有一样的包名,并且 MyClassLoader
没有设置父类加载器,那么默认的父类加载类就是 AppClassLoader
,根据之前所学的双亲委派模型, HelloWorld
类文件会首先被父类加载器加载,也就是被 AppClassLoader
加载,只要父类加载器加载成功,子类加载器就不会在进行加载!
F: 盘 MyHelloWorld
package com.learn.classloader; public class MyHelloWorld { public MyHelloWorld() { System.out.println("--F:com.learn.classloader --MyHelloWorld--" + this.getClass().getClassLoader()); } }复制代码
D:盘 MyHelloWorld
package com.learn.classloader; public class MyHelloWorld { public MyHelloWorld() { System.out.println("--D:com.learn.classloader --MyHelloWorld--" + this.getClass().getClassLoader()); } } 复制代码
此时新增一个myClassLoaderB,加载 MyHelloWorld
!
加载的代码如下:
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("myClassLoader","F:/tmp/"); MyClassLoader myClassLoaderB = new MyClassLoader(myClassLoader,"myClassLoader","D:/tmp/"); Class<?> cls = null; try { cls = myClassLoaderB.loadClass("com.learn.classloader.MyHelloWorld"); cls.newInstance(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }复制代码
思考一下打印的结果是什么呢?
答案: --F:com.learn.classloader --MyHelloWorld--myClassLoader
原因分析: myClassLoaderB
父类加载器是 myClassLoader
,此时在加载 MyHelloWorld
,首先会被父类加载器 myClassLoader
加载!
代码示例和示例3一样!只是修改类加载器!代码如下:
MyClassLoader myClassLoaderC = new MyClassLoader(null,"myClassLoaderC","D:/tmp/"); Class<?> cls = null; try { cls = myClassLoaderC.loadClass("com.learn.classloader.MyHelloWorld"); cls.newInstance(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }复制代码
思考一下打印的结果是什么呢?
答案: --D:com.learn.classloader --MyHelloWorld--myClassLoaderC
原因分析: myClassLoaderC
父类加载器是 启动类加载器
,在 启动类加载器
中找不到 MyHelloWorld
,转一圈回来还是需要 myClassLoaderC
自己去加载!
本文实现了一个自定义的类加载器,并且通过简单的案例进行讲解和说明,让我们更加深入的了解类加载器的双亲委派模式和实现原理。
对类加载器有了比较深入的学习和思考之后,会对我们以后写Java代码会有一定帮助,并且在遇到一些Java的异常如 ClassNotFoundException
能够快速知道原因。 其实类加载的知识还有很多,在这里先抛出两个问题:
问题1、Java热部署如何实现 ?修改一个Java文件后,不需要启动服务,就可以动态生效! (目前的主流开发工具都支持,如IDEA 在windows下 Ctrl+Shirt+F9,动态编译,动态加载!或者 SpringBoot通过配置devtools实现热部署的原理是什么?)
问题2、之前一直提的类加载模式: 双亲模式模式!但是在Tomcat中你知道 WebappClassLoader 的加载机制吗?
后续有时间会去整理,如果你对这两个问题感兴趣,也欢迎在文末留言,一起探讨!
《JDK API 文档》
《深入理解Java虚拟机》
备注: 由于本人能力有限,文中若有错误之处,欢迎指正。