类加载器

虚拟机设计团队把类加载阶段中的 “通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流(即字节码)” 这个动作放到 Java 虚拟机外部去实现,以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类(通过一个类的全限之名获取描述此类的二进制字节流)。实现这个动作的代码模块称为 “类加载器”

一、类与类加载器

”首先我们需要了解来自同一个Class文件的两个类是否一定是“相等”的,这个相等几乎涵盖能代表“相等”的方法,equals()、isAssignableFrom()、isInstance(),也包括instanceof关键字判断对象所属关系。这是因为,对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立在Java虚拟机的唯一性,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。这句话意思就是说,比较两个类是否相等不能光看他们本身来自同一个类,同时也要看加载它们的类加载器是否相同,只有被同一个类加载器加载的类才可能会相等。

二、类加载器分类

从 Java 虚拟机的角度来讲,只存在以下两种不同的类加载器:

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器用 C++ 实现,是虚拟机自身的一部分;
  • 所有其他类的加载器,这些类由 Java 实现,独立于虚拟机外部,并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader。

从 Java 开发人员的角度看,类加载器可以划分得更细致一些:

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)启动类加载器无法被 Java 程序直接引用,用户在编写自定义类加载器时,如果需要把加载请求委派给启动类加载器,直接使用 null 代替即可。
  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader)它负责将系统变量所指定路径中的所有类库加载到内存中,开发者可以直接使用扩展类加载器。
  • 应用程序类加载器(Application ClassLoader)

三、双亲委派模型

如果一个类加载器收到了类加载的请求,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,每一个层次的加载器都是如此,因此所有的类加载请求都会传给顶层的启动类加载器,只有当父加载器反馈自己无法完成该加载请求时,子加载器才会尝试自己去加载。

双亲委派模型的好处: 避免重复加载 + 避免核心类篡改

  • 在于 Java 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。例如类 java.lang.Object,它存在在 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 Bootstrap ClassLoader 进行加载,因此 Object 类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反,如果没有双亲委派模型而是由各个类加载器自行加载的话,如果用户编写了一个 java.lang.Object 的同名类并放在ClassPath 中,那系统中将会出现多个不同的 Object 类,程序将混乱。因此,如果开发者尝试编写一个与rt.jar类库中重名的 Java 类,可以正常编译,但是永远无法被加载运行。

四、破坏双亲委派模型

1. 自定义类加载器

重写 loadClass() 方法(如果仅重写 findClass(),仍会由启动类加载器加载)。

2. 线程上下文类加载器(context class loader)

Java 提供了很多服务提供者接口(Service Provider Interface,SPI),允许第三方为这些接口提供实现。常见的 SPI 有 JDBC、JCE、JNDI、JAXP 和 JBI 等。
这些 SPI 的接口由 Java 核心库来提供,而这些 SPI 的实现代码则是作为 Java 应用所依赖的 jar 包被包含进类路径(CLASSPATH)里。SPI接口中的代码经常需要加载具体的实现类。那么问题来了,SPI的接口是Java核心库的一部分,是由引导类加载器来加载的;SPI的实现类是由系统类加载器来加载的。引导类加载器是无法找到 SPI 的实现类的,因为依照双亲委派模型,BootstrapClassloader无法委派AppClassLoader来加载类。
而线程上下文类加载器破坏了双亲委派模型,可以在执行线程中抛弃双亲委派加载链模式,使程序可以逆向使用类加载器。

Thread类中有 getContextClassLoader() 和 setContextClassLoader(ClassLoader cl) 方法用来获取和设置上下文类加载器,如果没有 setContextClassLoader(ClassLoader cl) 方法通过设置类加载器,那么线程将继承父线程的上下文类加载器,如果在应用程序的全局范围内都没有设置的话,那么这个上下文类加载器默认就是应用程序类加载器(Application ClassLoader),换句话说 Java 默认的线程上下文类加载器就是应用程序类加载器(AppClassLoader)。通过线程上下文来加载第三方库 JNDI 实现,而不依赖于双亲委派。大部分 Java Application 服务器 (jboss, tomcat..) 也是采用 contextClassLoader 来处理web服务。

参考:

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