JVM面试问题系列：Java类加载机制之双亲委派模型

前言

双亲委派模型是Java加载类的机制.采用双亲委派模型的好处是Java类随着它的类加载器一块儿具有了一种带有优先级的层级关系，经过这种层级关系能够避免类的重复加载.

1. 模型基础

• Bootstrap ClassLoader(启动类加载器): 负责将%JAVA_HOME%/lib目录中或-Xbootclasspath中参数指定的路径中的，而且是虚拟机识别的（按名称）类库加载到JVM中
• Extension ClassLoader（扩展类加载器): 负责加载%JAVA_HOME%/lib/ext中的全部类库
• Application ClassLoader（应用程序加载器): 负责ClassPath中的类库

2. 为何使用双亲委派模型?

1.双亲委派模型最大的好处就是让Java类同其类加载器一块儿具有了一种带优先级的层次关系。这句话可能很差理解，咱们举个例子。好比咱们要加载java.lang.Object类，不管咱们用哪一个类加载器去加载Object类，这个加载请求最终都会委托给Bootstrap ClassLoader，这样就保证了全部加载器加载的Object类都是同一个类。若是没有双亲委派模型，那就乱了套了，彻底可能搞出多个不一样的Object类。
2.自上而下每一个类加载器都会尽力加载.

3. 看看源码

1.首先加载类调用的loadClass方法,咱们找到ClassLoader的loadClass():

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    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();
                    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;
        }
    }复制代码

• 首先判断了该类是否已加载.
• 若没加载,则传给双亲加载器去加载,
• 若双亲加载器没能成功加载它,则本身用findClass()去加载.因此是个向上递归的过程.
• 自定义加载器时,须要重写findClass方法,由于是空的,没有任何内容:

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }复制代码

4. 本身动手,编写一个本身的类加载器

1.首先须要一个编译好的class文件,笔者用了一个以前写的斐波那契的类Fib.class(所在路径:C:/Users/Think/crabapple),下面是用idea经过反编译方式打开的class文件,注意记下class文件的包名,在后续代码中须要使用类的全限定名称.

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//
package crabapple;

public class Fib {
  
    public static int fib(int num) {
        return num < 2 ? num : fib(num - 2) + fib(num - 1);
    }
}复制代码

2.继承ClassLoader,重写findClass方法:

class MyClassLoader extends ClassLoader {
    private String classPath;  // 保存的地址

    /** * 传入地址构造函数 * @param classPath */
    public MyClassLoader(String classPath) {
        this.classPath = classPath;
    }

    /** * 读取class文件 * @param name * @return * @throws Exception */
    private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
        String inPath = classPath + "/" + name + ".class";
        FileInputStream fis = new FileInputStream(inPath);
        int len = fis.available();
        byte[] data = new byte[len];
        fis.read(data);
        fis.close();
        return data;
    }

    /** * 重写findClass方法，让加载的时候调用findClass方法 * @param name * @return * @throws ClassNotFoundException */
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte[] data = loadByte(name);
            // 将字节码载入内存
            return defineClass(name, data, 0, data.length);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}复制代码

• loadByte方法仅用做读取文件
• findClass方法才是加载类到内存的,注意name必须填全限定名,好比java.lang.Object.

3.测试,一下将使用一些反射机制和class类的方法.

public class ClassLoaderTest extends ClassLoader {

    //main函数本该抛出异常有 ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException,为了好看,简写成Exception
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //初始化类加载器
        MyClassLoader myClassLoader=new MyClassLoader("C:/Users/Think/crabapple");
        //加载Fib类,笔者class文件包名为crabapple
        Class myClass=myClassLoader.loadClass("crabapple.Fib");
        //获取加载类的实例
        Object object=myClass.newInstance();
        //获取该类一个名为fib,且参数为int的方法
        Method method=myClass.getMethod("fib",int.class);
        //执行这个方法
        int result=method.invoke(object,4);
        //打印结果
        System.out.print(result);
        
        //output
        /** * 3 * Process finished with exit code 0 */
    }
}复制代码

• 执行成功
• 咱们来分析下,Fib类的加载过程,初始化自定义类加载器后,loadClass方法确定将其委派到双亲Application ClassLoader,而Application ClassLoader又将其委派到Extension ClassLoader,继而委派到Bootstrap ClassLoader.可是Bootstrap ClassLoader发现Fib并不在本身的加载能力范围内,因而移向Extension ClassLoader,同理Extension ClassLoader只能加载/ext中的class,继而让给Application ClassLoader,而Application ClassLoader只加载classpath中的类,因而又回到咱们自定义的MyClassLoader,幸亏咱们重写了findClass方法进而执行了加载,否在findClass抛出找不到类的异常.至此Fib类加载完成.

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最后

后续会持续更新性能优化专题知识，写的很差的地方也但愿大牛能指点一下，你们以为不错能够点个赞在关注下，之后还会分享更多文章！