类加载器

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java类加载为什么需要双亲委派模型这样的往返模式?

  • 委派模型对于安全性是非常重要的
  • 恶意的意图有人能写出一类叫做 java.lang.Object,可用于
    访问任何在硬盘上的目录。 因为 JVM 的信任 java.lang.Object 类,它不会关注这方面的活动。因此,如果自定义 java.lang.Object 被允许加载,安全管理器将很容易瘫痪。幸运的是,这将不会发生,因为委派模型会阻止这种情况的发生。

当自定义 java.lang.Object 类在程序中被调用的时候, system 类加载器将该请求委派给 extension 类加载器,然后委派给 bootstrap 类加载器。这样 bootstrap类加载器先搜索的核心库,找到标准 java.lang.Object 并实例化它。这样,自定义 java.lang.Object 类永远不会被加载。

双亲委派模型的实现,会先往上找父类加载器加载类,当所有父类加载器都无法加载的时候,最后再调用自己的findClass方法加载。

    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;
        }
    }

自定义类加载器

对于java.lang.ClassLoader的loadClass(String name, boolean resolve)方法的解析来看,可以得出以下2个结论:

  1. 如果不想打破双亲委派模型,那么只需要重写findClass方法即可
  2. 如果想打破双亲委派模型,那么就重写整个loadClass方法

demo

这是在非classpath路径下的Sample.class,只有自定义的类加载器才能加载。这里lib2,和lib3,见第四幅图


.class
.java
classpath

xyy.test.classloader.load.ClassLoaderTree#testClass2方法的结构。理解双亲委派模型很有帮助。class4的parent 设为null 则为Bootstrap ClassLoader。默认都是Application ClassLoader


xyy.test.classloader.load.ClassLoaderTree#testClass2

输出:

class4: java.lang.NullPointerException
class1’ClassLoader:fscl1
class2’ClassLoader:fscl1
class3’ClassLoader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@5305068a
class4’ClassLoader:null

如果把Sample.java删除,那么也就是classpath目录下的Sample.class没了,那么class3’ClassLoader 也将没有,y一直找到根加载器也无法加载。

ps: 下面这点非常重要,也就是说lib1下面不能直接放Sample.class 需要前缀相同。

        // 前缀必须与类的package的路径一致,否则会报NoClassDefFoundError
        String className = "xyy.test.classloader.load.Sample";
package xyy.test.classloader.load;

/**
 * Created by xyy on 16-8-17.
 */
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader {

    private String loaderName="FileSystemClassLoader";
    private String  rootDir;
    private boolean localFirst=true;

    public FileSystemClassLoader(boolean localFirst, String rootDir) {
        this.rootDir = rootDir;
        this.localFirst = localFirst;
    }
    public FileSystemClassLoader(String rootDir,String loaderName) {
        super();
        this.rootDir = rootDir;
        this.loaderName=loaderName;
    }
    public FileSystemClassLoader(ClassLoader parent,String rootDir,String loaderName) {
        super(parent);
        this.rootDir = rootDir;
        this.loaderName=loaderName;
    }

    @Override
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        if (localFirst) {
            /**
             * 找不到时,用父类的loadClass
             */
            Class clazz = findClass(name);
            if (clazz != null) {
                return clazz;
            }

            return super.loadClass(name);
        } else {
            return super.loadClass(name);
        }
    }

    protected Class<?> findClass(String name) {
        byte[] classData = getClassData(name);
        if (classData == null) {
            return null;
        } else {
            return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
        }
    }

    private byte[] getClassData(String className) {
        String path = classNameToPath(className);
        try {
            System.out.println(path);
            InputStream ins = new FileInputStream(path);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            int bufferSize = 4096;
            byte[] buffer = new byte[bufferSize];
            int bytesNumRead = 0;
            while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) {
                baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
            }
            return baos.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
           // e.printStackTrace();
            // 这里由于如果本次找不到是会报异常的,所以catch掉,然后往上找classloader
            System.out.println("in getClassData error: "+className);
        }
        return null;
    }

    private String classNameToPath(String className) {
        return rootDir + File.separatorChar + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
    }

    @Override
    public String toString() {
        return loaderName;
    }
}

package xyy.test.classloader.load;

import java.lang.reflect.Method;

/**
 * Created by xyy on 16-8-17.
 */
public class ClassLoaderTree {

    private static String user_dir = System.getProperty("user.dir");

    public static void main(String[] args) {
        // testAll();
        testClassLoader1();
        // testClassLoader2();
    }

    public static void testClassLoader1() {

        String classDataRootPath = user_dir + "/target/test-classes";
        String classDataRootPath2 = user_dir + "/myApp/lib1";
        FileSystemClassLoader fscl1 = new FileSystemClassLoader(true, classDataRootPath);
        FileSystemClassLoader fscl2 = new FileSystemClassLoader(true, classDataRootPath);
        FileSystemClassLoader fscl3 = new FileSystemClassLoader(true, classDataRootPath2);
        boolean ret = (fscl1.equals(fscl2));

        // 前缀必须与类的package的路径一致,否则会报NoClassDefFoundError
        String className = "xyy.test.classloader.load.Sample";
        try {
            Class<?> class1 = fscl1.loadClass(className);
            Object obj1 = class1.newInstance();
            Object obj1_1 = class1.newInstance();
            Class<?> class2 = fscl2.loadClass(className);
            Object obj2 = class2.newInstance();
            Class<?> class3 = fscl3.loadClass(className);
            Object obj3 = class3.newInstance();

            // Sample 和 obj1所用的类加载器不一样
            System.out.println("class1:" + class1.getClassLoader());
            System.out.println("class2:" + class2.getClassLoader());
            System.out.println("class3:" + class3.getClassLoader());
            System.out.println("Sample.class" + Sample.class.getClassLoader());

            // 两个不同的Sample的不同的toString,你可以先编译两份不一样的Sample类。
            System.out.println(obj1.toString());
            System.out.println(obj3.toString());

            // 不同类加载器加载的类,是不同相互强转的
            System.out.println("------test  cast-------------");
            try {
                Sample sample = (Sample) obj1;
            } catch (Exception e) {
                System.err.println(e);
            }

            System.out.println("--------invoke method -----------");
            try {
                // obj1=(Sample)obj2;
                Method method = class1.getMethod("setSample", java.lang.Object.class);
                // will be error
                // method.invoke(obj1, obj2);
                // 正确
                method.invoke(obj1, obj1_1);
            } catch (Exception e) {
                // e.printStackTrace();
                System.err.println(e);
            }

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void testClassLoader2() {
        String lib1 = user_dir + "/myApp/lib1";
        String lib2 = user_dir + "/myApp/lib2";
        String lib3 = user_dir + "/myApp/lib3";
        FileSystemClassLoader fscl1 = new FileSystemClassLoader(lib1, "fscl1");
        FileSystemClassLoader fscl2 = new FileSystemClassLoader(fscl1, lib2, "fscl2");
        FileSystemClassLoader fscl3 = new FileSystemClassLoader(lib3, "fscl3");
        FileSystemClassLoader fscl4 = new FileSystemClassLoader(null, lib3, "fscl4");
        String className = "xyy.test.classloader.load.Sample";
        try {
            Class<?> class1 = fscl1.loadClass(className);
            class1.newInstance();

            Class<?> class2 = fscl2.loadClass(className);
            class2.newInstance();

            Class<?> class3 = fscl3.loadClass(className);
            class3.newInstance();

            Class<?> class4 = null;
            try {
                class4 = fscl4.loadClass(className);
                class4.newInstance();
            } catch (Exception e) {
                System.err.println("class4: " + e);
            }

            System.out.println("class1’ClassLoader:" + class1.getClassLoader());
            System.out.println("class2’ClassLoader:" + class2.getClassLoader());
            System.out.println("class3’ClassLoader:" + class3.getClassLoader());
            System.out.println("class4’ClassLoader:" + (class4 == null ? null : class4.getClassLoader()));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    private static void testAll() {
        ClassLoader loader = ClassLoaderTree.class.getClassLoader();
        while (loader != null) {
            System.out.println(loader.toString());
            loader = loader.getParent();
        }
    }
}
package xyy.test.classloader.load;

/**
 * Created by xyy on 16-8-17.
 */
public class Sample {
    private Sample instance;

    public void setSample(Object instance) {
        this.instance = (Sample) instance;
    }

    public String toString(){
        return "Sample str1";
    }
}

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