2021-06-04发表2021-06-04更新java15 分钟读完 (大约2175个字)

类加载器

7.4 类加载器

类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述该类的二进制字节流”这个动作在Java 虚拟机外部实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需的类。实现这个动作的代码被称为“类加载器”（Class Loader）。

7.4.1 类与类加载器

对于任意一个类，都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。

既，比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，

否则，即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个Java虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类必定不相等。

这里的”相等”是指，包括代表类的Class对象的equals方法、isAssignableFrom()方法、isIntance()方法的返回结果，也包括了使用InstanceOf关键字做对象所属关系判定等情况。

7.4.2 双亲委托模型

从JAVA虚拟机来看，只存在两种不同的类加载器：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分
其他所有的类加载器：由Java实现，独立在虚拟机外部，全继承于java.lang.ClassLoader

在JDK8以及之前版本的Java，主要使用以下3个系统提供的类加载器来进行加载：

启动类加载器（Bootstrap Class Loader）：其负责加载<JAVA_HOME>\lib目录，或者其他能被Java虚拟机识别的类库加载到虚拟机的内存中
扩展类加载器（Extension Class Loader）：其负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库。由于扩展类加载器是由Java代码实现的，开发者可以直接在程序中使用扩展类加载器来加载class文件
应用程序类加载器（Application Class Loader）：其负责加载用户类路径（ClassPath）上所有的类库，开发者同样可以直接在代码中使用这个类加载器。如果应用程序中没有自定义自己的类加载器，一般情况下就是程序中默认的类加载器。

JDK9之前的java应用都是由这三种类加载器互相配合完成加载的，若有必要，还可以加入自定义的类加载器来拓展，可以有以下方式：

增加除磁盘位置之外的class文件来源

通过类加载器实现类的隔离重载等功能，如下图所示。

双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应有自己的父类加载器。

这里类加载器之间的父子关系一般不是以继承（Inheritance）的关系来实现的，通常使用组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。

双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载。

使用双亲委派模型有一个显而易见的好处，就是Java中的类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。

例如java.lang.Object，它存放在rt.jar中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都能保证是同一个类。

双亲委派模型的实现如下：

protected synchronized Class<?> loadClass(String name,boolean resolve) throws ClassNotFoundException
{
    // 首先，检查请求的类是否被加载
    Class c = findLoadedClass(name);
    
    if(c==null){
        try{
            if(parent != null){
                c = parent.loadClass(name, false);
            }else{
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        }
        catch(ClassNotFoundExcepton e){
            // 若父类加载器抛出ClassNotFoundException
            // 说明父类加载器无法完成加载请求
        }
        if(c==null){
            // 在父类加载器无法加载时，
            // 再调用本身的findClass方法来进行类加载
            c = findClass(name);
        }
    }
    if(resolve){
        resolveClass(c);
    }
    return c;
}

其先检查请求加载的类型是否被加载过，若没有则调用父加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。

既然父加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException异常，才调用自己的findClass()方法进行尝试加载。

7.4.3 破坏双亲委派模型

双亲委派模型第三次”被破坏“是由于用户对程序动态性的追求而导致的，如代码热替换，模块热部署等。

OSGi实现模块热部署的关键是它自定义的类加载器机制的实现，每一个程序模块都有一个自己的类加载器，当需要更换一个模块时，就模块连同类加载器一起换掉以实现代码的热替换。

在OSGi环境下，类加载器不再双亲委派模型推荐的树状结构，而是进一步发展为更加复杂的网状结构，当收到类加载请求时，OSGi将按照下面的顺序进行搜索：

将以java.*开头的类，委派给父类加载器加载
否则，将委派列表名单内的类，委派给父类加载器加载
否则，将Import列表中的类，委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载
否则，查找当前Bundle的ClassPath，使用自己的类加载器加载
否则，查找类是否在自己的Fragment Bundle中，如果在，则委派给Fragment Bundle的类加载器加载
否则，查找Dynamic Import列表的Bundle，委派给对应Bundle的类加载器加载
否则，查找失败

以上查找顺顺序，只有开头两点仍符合双亲委派模型的原则，其余类查找都是在平级的类加载器中进行。

9.2.1 Tomcat：类加载器架构

在Tomcat目录中，可以设置3组目录存放Java类库，分别是(/common/*、/server/*、/shared/*)，还有Web程序自身的/WEB-INF/*目录，这4组目录每一组都有特别的含义，分别是：

/common目录中，类库可被tomcat和所有的web程序共同使用
/server目录中，类库可被Tomcat使用，对所有的Web应用程序不可见
/shared目录中，类库可被所有的Web程序使用，但对Tomcat自己不可见。
/WebApp/WEB-INF中，类库仅可被该Web程序使用，对TOmcat和其他应用不可见

其加载器关系如下图所示：

从图中可得，Common类加载器能加载的类都可以被Catalina类加载器和Shared类加载器使用，而Cataline类加载器和Shared类加载器自己能加载的类则与对方相互隔离。

WebApp类加载器可以使用Shared类加载器加载到的类，但各个WebAPp加载器之间相互隔离。而JasperLoader的加载范围仅是这个JSP文件所编译出来的那一个Class文件，它存在的目的就是为了被丢弃：当服务器检测到JSP文件被修改时，会替换掉目前JasperLoader的实例，并通过再建立一个新的JSP类加载器来实现JSP文件的HotSwap功能。

类加载器

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