JVM：类加载器

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文章目录

一、什么是类加载器
二、类加载器的应用场景
三、类加载器的分类
- 1、分类
- 2、启动类加载器
- 3、Java中的默认类加载器
- - （1）扩展类加载器
  - （2）应用程序类加载器
  - （3）arthas中类加载器相关的功能
  - 四、双亲委派机制
  - - 1、介绍
    - 2、双亲委派的作用
    - - （1）保证类加载的安全性
      - （2）避免重复加载
      - 3、Java中如何使用代码方式去主动加载一个类
      - 4、类加载器
      - （1）介绍
        （2）arthas中类加载器相关的功能
        五、打破双亲委派机制
        1、打破双亲委派机制的三种方式
        （1）自定义类加载器
        （2）线程上下文类加载器
        （3）Osgi框架的类加载器
        六、JDK9之后的类加载器
        一、什么是类加载器
        
        类加载器（ClassLoader）是Java虚拟机提供给应用程序去实现获取类和接口字节码数据的技术。类加载器只参与加载过程总的字节码获取并加载到内存这一部分。
        
        二、类加载器的应用场景
        
        
        
        三、类加载器的分类
        
        1、分类
        
        类加载器分为两类，一类是Java代码中实现的，一类是Java虚拟机底层源码实现的。
        类加载器的设计JDK8和8之后的版本差别较大，JDK8及之前的版本默认的类加载器有如下几种：
        类加载器的详细信息可以通过Arthas classloader命令查看：classloader - 查看classloader的继承树，urls，类加载信息，使用classloader去getResource。
        2、启动类加载器
        
        启动类加载器（Boostrap ClassLoader）是由HotSpot虚拟机提供的、使用C ++编写的类加载器。
        默认加载Java安装目录/jre/lib下的类文件，比如rt.jar，tool.jar，resource.jar等。
        通过启动类加载器去加载用户jar包：
        放入jre/lib下进行扩展：不推荐，尽可能不要去更改JDK安装目录中的内容，会出现即使放进去由于文件名不匹配的问题也不会正常被加载。
        使用参数进行扩展：推荐，使用-Xbootclasspath/a:jar包目录/jar包名，进行扩展。
        3、Java中的默认类加载器
        
        扩展类加载器和应用程序类加载器都是JDK中提供的、使用Java编写的类加载器。
        他们的源码都位于sun.misc.Launcher中，是一个静态内部类。继承自URLClassLoader。具备通过目录或者指定jar包将字节码文件加载到内存中。
        （1）扩展类加载器
        
        扩展类加载器（Extension Class Loader）是JDK中提供的、使用Java编写的类加载器。
        默认加载Java安装目录/jre/lib/ext下的类文件。
        通过扩展类加载器去加载用户jar包：
        
        放入/jre/lib/ext下进行扩展：不推荐，尽可能不要去更改JDK安装目录中的内容。
        使用参数进行扩展：推荐，使用**-Djava.ext.dirs=jar包目录**，进行扩展，这种方式会覆盖原始目录，可以用;(windows)、:(macos/linux)追加原始目录。
        （2）应用程序类加载器
        
        加载classpath下的类文件。
        
        （3）arthas中类加载器相关的功能
        
        类加载器的加载路径可以通过classloader -c hash值查看：
        
        四、双亲委派机制
        
        1、介绍
        
        由于Java虚拟机中有多个类加载器，双亲委派机制的核心是解决一个类到底由谁加载的问题。双亲委派机制指的是：当一个类加载器收到加载类的任务时，会自底向上查找是否加载过，再由顶向下进行加载。向上查找如果已经加载过，就直接返回Class对象，加载过程结束。这样就能避免一个类重复加载。如果所有的父类加载器都无法加载该类，则由当前类加载器自己尝试加载。所以看上去是指顶向下尝试加载。
        
        2、双亲委派的作用
        
        （1）保证类加载的安全性
        
        通过双亲委派机制避免恶意代码替换JDK中的核心类库，比如java.lang.String，确保核心类库的完整性和安全性。
        
        （2）避免重复加载
        
        双亲委派机制可以避免同一个类被多次加载。
        
        3、Java中如何使用代码方式去主动加载一个类
        
        使用Class.forName方法，使用当前类的类加载器去加载指定的类。
        public static Class forName(String className) throws ClassNotFoundException { Class caller = Reflection.getCallerClass(); return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller); } private static native Class forName0(String name, boolean initialize, ClassLoader loader, Class caller) throws ClassNotFoundException;
        
        获取到类加载器，通过类加载器的loadClass方法指定某个类加载器加载。
        4、类加载器
        
        （1）介绍
        
        每个Java实现的类加载器中保存了一个成员变量叫“父”类加载器，可以理解为他的上级，不是继承关系。
        
        应用程序类加载器的parent父类加载器时扩展类加载器，而扩展类加载器parent是空，但是在逻辑上，扩展类加载器依然会把启动类加载器当成父类加载器处理。
        启动类加载器使用C++编写，没有父类加载器。
        下面体现了启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器的层级关系。
        （2）arthas中类加载器相关的功能
        
        类加载器的父子关系可以通过classloader -t查看
        
        
        五、打破双亲委派机制
        
        1、打破双亲委派机制的三种方式
        
        （1）自定义类加载器
        
        自定义类加载器并且重写loadClass方法，就可以将双亲委派机制的代码去除。
        Tomcat通过这种方式实现应用之间的类隔离。
        Tomact使用了自定义类加载器来实现应用之间类的隔离。每个应用会有一个独立的类加载器加载对应的类。
        先来分析ClassLoader的原理，ClassLoader中包含了4个核心方法。
        双亲委派机制的核心代码位于loadClass方法中。
        阅读双亲委派机制的核心代码，分析如何通过自定义的类加载器打破双亲委派机制。
        打破双亲委派机制就是将下边的一段代码重新实现。
        自定义类加载器默认的父类加载器：
        
        以JDK8为例，ClassLoader类中提供了构造方法设置parent的内容。
        
        这个构造方法由另外一个构造方法调用，其中父类加载器由getSystemClassLoader方法设置，该方法返回的是AppClassLoader。
        
        两个自定义类加载器加载相同限定名类不会冲突：
        
        在同一个Java虚拟机中，只有相同了加载器+相同的类限定名才会被认为是同一个类。
        在Arthas中使用sc -d 类名的方式查看具体的情况。
        （2）线程上下文类加载器
        
        利用上下文类加载器加载类，比如JDBC和JNDI。
        
        （3）Osgi框架的类加载器
        
        历史上Osgi框架实现了一套新的类加载机制，允许同级之间委托进行类的加载。
        
        六、JDK9之后的类加载器
        
        由于JDK9引入了module的概念，类加载器在设计上发生了很多的变化。
        启动类加载器使用Java编写，位于jdk.internal.loader.ClassLoaders类中。java中的BootClassLoader继承自BuiltinClassLoader实现从某块中找到要加载的字节码资源文件。启动类加载器依然无法通过java代码获取到，返回的仍然是null，保持了统一。
        扩展类加载器被替换成了平台类加载器（Platform Class Loader）。平台类加载器遵循模块化方式加载字节码文件，所以继承关系从URLClassLoader变成了BuiltinClasLoader，BuiltinClasLoader实现了从模块中加载字节码文件。平台类加载器的存在更多的是为了与老版本的设计方案兼容，自身没有特殊的逻辑。