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根据jvm源码剖析类加载机制

ds 2025/8/26 14:55:19

根据jvm源码剖析类加载机制

java Test.class之后的大致流程

java Test.class ----> 对于windows操作系统

----> java.exe调用jvm.dll文件创建JVM，

----> 在创建JVM中先由C++的代码创建Boostarp（引导）类加载器，

----> C++代码会创建sun.misc.Launcher.getLauncher()生成Launcher实例（JVM启动器实例）

----> 引导类加载器首先加载sun.misc.Launcher类，

----> 在初始化时执行静态代码块new Launcher()，

----> new的过程中调用Launcher类的构造方法，

----> 在Launcher类的构造方法中，创建ExtClassLoader和AppClassLoader，

----> 并维护三个类加载器的父子关系，将AppClassLoader赋给当前线程的ClassLoader属性和Launcher对象的ClassLoader属性。

----> jvm默认使用sun.misc.Launcher.getClassLoader()返回Launcher对象的ClassLoader对象（AppClassLoader)加载我们程序的类

类的加载过程

加载—校验—准备—解析—初始化—使用—卸载

加载：从磁盘中以IO流的方式读取class文件的字节码

校验：验证class文件合法性，如文件头

准备：为静态变量分配内存，并赋默认值，如boolean类型赋false、int类型赋0

解析：静态链接：将符号引用替换为直接引用，把静态方法替换为指向内存的地址或句柄！！！

初始化：对类的静态变量设置指定的值、执行静态代码块

在这里插入图片描述

类加载器

种类

bootstrapClassLoader（启动/引导）类加载器：由C++创建，负责加载jre/lib下的核心类库

ExtClassLoader扩展类加载器：负责加载jre/lib/ext目录下的类

AppClassLoader应用程序类加载器：负责加载用户自定义路径下的类

import sun.misc.Launcher;
import java.net.URL;public class TestJDKClassLoader {public static void main(String[] args) {//jre/lib下的核心类由启动类加载器加载System.out.println(String.class.getClassLoader());//jre/lib/ext下的类由扩展类加载器加载System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());//用户类路径下的类由应用程序类加载器加载System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());System.out.println();//获取当前应用程序类加载器ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);System.out.println();System.out.println("bootstrapLoader加载以下文件：");//获取引导类加载器加载的jar包路径URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();for (int i = 0; i < urls.length; i++) {System.out.println(urls[i]);}System.out.println();System.out.println("extClassloader加载以下文件：");System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));System.out.println();System.out.println("appClassLoader加载以下文件：");System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));}
}

双亲委派原则

在这里插入图片描述

双亲委派机制：当类加载器加载某个类时，先判断类是否已加载，如果没有则委派父类加载器加载，父类加载器判断类是否已加载，如果没有则委派父类加载器加载；如果到引导类加载器（bootstrapClassloader)判断类尚未加载，将尝试加载类，如果加载不到，则指派子类加载器加载。

源码：

在java.lang.ClassLoader.loadClass()方法实现的双亲委派机制：

    //name是加载的全类名，如com.example.demo.Testprotected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException{synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// First, check if the class has already been loaded//1、判断该类是否已经被加载过Class<?> c = findLoadedClass(name);if (c == null) {long t0 = System.nanoTime();try {//2、如果找不到委派父类加载器加载if (parent != null) {c = parent.loadClass(name, false);} else {c = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {// ClassNotFoundException thrown if class not found// from the non-null parent class loader}if (c == null) {// If still not found, then invoke findClass in order// to find the class.long t1 = System.nanoTime();//3、如果父类加载器没有加载到，子类加载器尝试加载c = findClass(name);// this is the defining class loader; record the statssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}}

设计双亲委派机制的目的

沙箱安全机制：用户自定义的与核心类同名的类不会被加载，而加载的仍是jre定义的类，防止核心库的类和API被篡改；

防止类被重复加载：如果父类加载器已经加过某个类了，子类加载器就不会二次加载了。

自定义类加载器和打破双亲委派原则

自定义类加载器只需要继承 java.lang.ClassLoader 类，该类有两个核心方法：

一个是loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，若要打破双亲委派原则重写loadClass()方法

一个是findClass，默认实现是空方法，实现了根据全类名加载字节码并返回Class对象，所以我们自定义类加载器主要是重写findClass方法。

public class MyClassLoader extends ClassLoader {private String classPath;public MyClassLoader(String classPath) {this.classPath = classPath;}//    @Override
//    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
//        //自己的包进行加载的时候打破双亲委派原则
//        if(name.contains("com.example.demo")){
//            return findClass(name);
//        }
//
//        //核心包依然由父的类加载器加载
//        return super.loadClass(name, resolve);
//    }@Overrideprotected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException {synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// First, check if the class has already been loadedClass<?> c = findLoadedClass(name);if (c == null) {long t0 = System.nanoTime();// If still not found, then invoke findClass in order// to find the class.long t1 = System.nanoTime();//指定的类路径下的包 ，不在委托父类加载器进行加载，直接由该类加载器加载if (name.contains("com.example.demo")) {c = findClass(name);} else {c = this.getParent().loadClass(name);}// this is the defining class loader; record the statssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}}@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {try {byte[] data = loadByte(name);//defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字数组。return defineClass(name, data, 0, data.length);} catch (IOException e) {throw new ClassNotFoundException();}}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;}public static void main(String args[]) throws Exception {//初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载设置为应用程序类加载器AppClassLoaderMyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/test");//D盘创建 com/example/demo几级目录，将Test类的复制类Test.class丢入该目录Class clazz = classLoader.loadClass("com.example.demo.Test");Object obj = clazz.newInstance();Method method = clazz.getDeclaredMethod("test", null);method.invoke(obj, null);System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());}
}

注意：自定义类加载器的父类加载器是AppClassLoader。

因为，在new MyClassLoader时，会执行MyClassLoader的父类ClassLoader的无参构造方法，调用getSystemClassLoader()，会返回sun.misc.Launcher类的loader属性，该属性的值就是AppClassLoader对象，在ClassLoader构造方法中将AppClassLoader对象赋值到MyClassLoader的parent属性。