最新版JDK15的JVM類加載器詳解

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1 類加載器

在類加載器家族中存在著類似人類社會的權(quán)力等級制度：

1.1?Bootstrap

由C/C++實(shí)現(xiàn)，啟動類加載器，屬最高層，JVM啟動時創(chuàng)建，通常由與os相關(guān)的本地代碼實(shí)現(xiàn)，是最根基的類加載器。

JDK8 時

需要注意的是,Bootstrap ClassLoader智慧加載特定名稱的類庫,比如rt.jar.這意味我們自定義的jar扔到\jre\lib也不會被加載.

負(fù)責(zé)將/jre/lib或- Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，且是虛擬機(jī)識別的類庫加載到內(nèi)存中(按照名字識別,比如rt.jar，對于不能識別的文件不予裝載)，比如：

• Object

• System

• String

• Java運(yùn)行時的rt.jar等jar包

• 系統(tǒng)屬性sun.boot.class.path指定的目錄中特定名稱的jar包

在JVM啟動時，通過Bootstrap ClassLoader加載rt.jar，并初始化sun.misc.Launcher從而創(chuàng)建Extension ClassLoader和Application ClassLoader的實(shí)例。
查看Bootstrap ClassLoader到底初始化了那些類庫:

URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();       for (URL urL : urLs) {           System.out.println(urL.toExternalForm());       }

JDK9 后

負(fù)責(zé)加載啟動時的基礎(chǔ)模塊類，比如：

• java.base

• java.management

• java.xml

1.2?Platform ClassLoader

JDK8 時Extension ClassLoader

只有一個實(shí)例，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)：

• 負(fù)責(zé)加載\lib\ext或java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫

• 加載一些擴(kuò)展的系統(tǒng)類，比如XML、加密、壓縮相關(guān)的功能類等

JDK9時替換為平臺類加載器

加載一些平臺相關(guān)的模塊，比如java.scripting、java.compiler*、?java.corba*。

那為何 9 時廢除替換了呢？

JDK8 的主要加載 jre lib 的ext，擴(kuò)展 jar 包時使用，這樣操作并不推薦，所以廢除。而 JDK9 有了模塊化，更無需這種擴(kuò)展加載器。

1.3?Application ClassLoader

只有一個實(shí)例,由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實(shí)現(xiàn)。

JDK8 時

負(fù)責(zé)加載系統(tǒng)環(huán)境變量ClassPath或者系統(tǒng)屬性java.class.path指定目錄下的所有類庫。
如果應(yīng)用程序中沒有定義自己的加載器，則該加載器也就是默認(rèn)的類加載器。該加載器可以通過java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader獲取。

JDK9 后

應(yīng)用程序類加載器，用于加載應(yīng)用級別的模塊，比如：

• jdk.compiler

• jdk.jartool

• jdk.jshell

• classpath路徑中的所有類庫

第二、三層類加載器為Java語言實(shí)現(xiàn)，用戶也可以

1.4 自定義類加載器

用戶自定義的加載器，是java.lang.ClassLoader的子類，用戶可以定制類的加載方式;只不過自定義類加載器其加載的順序是在所有系統(tǒng)類加載器的最后。

1.5 Thread Context ClassLoader

每個線程都有一個類加載器(jdk 1.2后引入),稱之為Thread Context ClassLoader,如果線程創(chuàng)建時沒有設(shè)置,則默認(rèn)從父線程中繼承一個,如果在應(yīng)用全局內(nèi)都沒有設(shè)置,則所有Thread Context ClassLoader為Application ClassLoader.可通過Thread.currentThread().setContextClassLoader(ClassLoader)來設(shè)置,通過Thread.currentThread().getContextClassLoader()來獲取.

線程上下文加載器有什么用?

該類加載器容許父類加載器通過子類加載器加載所需要的類庫,也就是打破了我們下文所說的雙親委派模型。
這有什么好處呢?
利用線程上下文加載器，我們能夠?qū)崿F(xiàn)所有的代碼熱替換,熱部署,Android中的熱更新原理也是借鑒如此。

2 驗(yàn)證類加載器

2.1 查看本地類加載器

在JDK8環(huán)境中，執(zhí)行結(jié)果如下

AppClassLoader的Parent為Bootstrap，它是通過C/C++實(shí)現(xiàn)的，并不存在于JVM體系內(nèi)，所以輸出為 null。

類加載器的特點(diǎn)

• 類加載器并不需要等到某個類"首次主動使用”的時候才加載它，JVM規(guī)范允許類加載器在預(yù)料到某個類將要被使用的時候就預(yù)先加載它

• Java程序不能直接引用啟動類加載器，直接設(shè)置classLoader為null，默認(rèn)就使用啟動類加載器

• 如果在加載的時候.class文件缺失,會在該類首次主動使用時通知LinkageError錯誤，如果一直沒有被使用，就不會報錯

• 如果沒有指定父加載器，默認(rèn)就是啟動加載器

• 每個類加載器都有自己的命名空間，命名空間由該加載器及其所有父加載器所加載的類構(gòu)成。不同的命名空間，可以出現(xiàn)類的全路徑名相同的情況

• 運(yùn)行時包由同一個類加載器的類構(gòu)成，決定兩個類是否屬于同一個運(yùn)行時包，不僅要看全路徑名是否一樣，還要看定義類加載器是否相同。只有屬于同一個運(yùn)行時包的類才能實(shí)現(xiàn)相互包內(nèi)可見

低層次的當(dāng)前類加載器，不能覆蓋更高層次類加載器已經(jīng)加載的類
如果低層次的類加載器想加載一個未知類，要非常禮貌地向上逐級詢問:“請問，這個類已經(jīng)加載了嗎?”
被詢問的高層次類加載器會自問兩個問題

• 我是否已加載過此類

• 如果沒有，是否可以加載此類

只有當(dāng)所有高層次類加載器在兩個問題的答案均為“否”時，才可以讓當(dāng)前類加載器加載這個未知類
左側(cè)綠色箭頭向上逐級詢問是否已加載此類，直至Bootstrap ClassLoader,然后向下逐級嘗試是否能夠加載此類，如果都加載不了，則通知發(fā)起加載請求的當(dāng)前類加載器，準(zhǔn)予加載
在右側(cè)的三個小標(biāo)簽里，列舉了此層類加載器主要加載的代表性類庫，事實(shí)上不止于此

通過如下代碼可以查看Bootstrap 所有已加載類庫

執(zhí)行結(jié)果

Bootstrap加載的路徑可以追加，不建議修改或刪除原有加載路徑
在JVM中增加如下啟動參數(shù)，則能通過Class.forName正常讀取到指定類，說明此參數(shù)可以增加Bootstrap的類加載路徑:

-Xbootclasspath/a:/Users/sss/book/ easyCoding/byJdk11/src

如果想在啟動時觀察加載了哪個jar包中的哪個類，可以增加

-XX:+TraceClassLoading

此參數(shù)在解決類沖突時非常實(shí)用，畢竟不同的JVM環(huán)境對于加載類的順序并非是一致的
有時想觀察特定類的加載上下文，由于加載的類數(shù)量眾多，調(diào)試時很難捕捉到指定類的加載過程，這時可以使用條件斷點(diǎn)功能
比如，想查看HashMap的加載過程，在loadClass處打個斷點(diǎn)，并且在condition框內(nèi)輸入如圖

JVM如何確立每個類在JVM的唯一性

類的全限定名和加載這個類的類加載器的ID

在學(xué)習(xí)了類加載器的實(shí)現(xiàn)機(jī)制后，知道雙親委派模型并非強(qiáng)制模型，用戶可以自定義類加載器，在什么情況下需要自定義類加載器呢?

• 隔離加載類
  在某些框架內(nèi)進(jìn)行中間件與應(yīng)用的模塊隔離，把類加載到不同的環(huán)境
  比如，阿里內(nèi)某容器框架通過自定義類加載器確保應(yīng)用中依賴的jar包不會影響到中間件運(yùn)行時使用的jar包

• 修改類加載方式

  類的加載模型并非強(qiáng)制，除Bootstrap外，其他的加載并非一定要引入，或者根據(jù)實(shí)際情況在某個時間點(diǎn)進(jìn)行按需進(jìn)行動態(tài)加載

• 擴(kuò)展加載源

  比如從數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)，甚至是電視機(jī)機(jī)頂盒進(jìn)行加載

• 防止源碼泄露

  Java代碼容易被編譯和篡改，可以進(jìn)行編譯加密。那么類加載器也需要自定義，還原加密的字節(jié)碼。

實(shí)現(xiàn)自定義類加載器的步驟

• 繼承ClassLoader

• 重寫findClass()方法

• 調(diào)用defineClass()方法

一個簡單的類加載器實(shí)現(xiàn)的示例代碼如下

由于中間件一般都有自己的依賴jar包，在同一個工程內(nèi)引用多個框架時，往往被迫進(jìn)行類的仲裁。按某種規(guī)則jar包的版本被統(tǒng)一指定， 導(dǎo)致某些類存在包路徑、類名相同的情況，就會引起類沖突，導(dǎo)致應(yīng)用程序出現(xiàn)異常。
主流的容器類框架都會自定義類加載器，實(shí)現(xiàn)不同中間件之間的類隔離，有效避免了類沖突。

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