类加载机制
概述
类从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存为止,它的整个生命周期包括:加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)7 个阶段。其中验证、准备、解析 3 个部分统称为连接(Link)。
初始化的单例模式(线程安全)
虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步,如果多个线程同时去初始化一个类,那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法,其他线程都需要阻塞等待,直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作,就可能造成多个进程阻塞。所以类的初始化是线程安全的,项目中可以利用这点。
类加载器
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。这句话可以表达得更通俗一些: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,被同一个虚拟机加载,只要加载它们的类加载器不同,那这两个类就必定不相等。这里所指的“相等”,包括代表类的 Class 对象的 equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果,也包括使用 instanceof 关键字做对象所属关系判定等情况。
双亲委派模型
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其在 Java
从 Java 虚拟机的角度来讲,只存在两种不同的类加载器:
一种是启动类加载器(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;另一种就是所有其他的类加载器,这些类加载器都由 Java 语言实现,独立于虚拟机外部,并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader。
启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):这个类加器负责将存放在<JAVA_HOME>\lib 目录中的,或者被-Xbootclasspath 参数所指定的路径中的,并且是虚拟机识别的(仅按照文件名识别,如 rt.jar,名字不符合的类库即使放在 lib 目录中也不会被加载)类库加载到虚拟机内存中。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引导类加载器,那直接使用 null 代替即可。
扩展类加载器(Extension ClassLoader):这个加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现,它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext 目录中的,或者被java.ext.dirs 系统变量所指定的路径中的所有类库,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):这个类加载器由 sun.misc.Launcher $App-ClassLoader 实现。由于这个类加载器是 ClassLoader 中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径(ClassPath)上所指定的类库,开发者可以直接使用这个类加载器,如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
我们的应用程序都是由这 3 种类加载器互相配合进行加载的,如果有必要,还可以加入自己定义的类加载器。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当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会以继承(Inheritance)的关系来实现,而是都使用组合(Composition)关系来复用父加载器的代码。
使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系,有一个显而易见的好处就是 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,它存放在 rt.jar 之中,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是同一个类。相反,如果没有使用双亲委派模型,由各个类加载器自行去加载的话,如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object 的类,并放在程序的 ClassPath 中,那系统中将会出现多个不同的 Object 类,Java 类型体系中最基础的行为也就无法保证,应用程序也将会变得一片混乱。
应用程序类加载器
ClassLoader 中的 loadClass 方法中的代码逻辑就是双亲委派模型:
在自定义 ClassLoader 的子类时候,我们常见的会有两种做法,一种是重写 loadClass 方法,另一种是重写 findClass 方法。其实这两种方法本质上差不多,毕竟 loadClass 也会调用 findClass,但是从逻辑上讲我们最好不要直接修改 loadClass 的内部逻辑。我建议的做法是只在 findClass 里重写自定义类的加载方法。
loadClass 这个方法是实现双亲委托模型逻辑的地方,擅自修改这个方法会导致模型被破坏,容易造成问题。因此我们最好是在双亲委托模型框架内进行小范围的改动,不破坏原有的稳定结构。同时,也避免了自己重写 loadClass 方法的过程中必须写双亲委托的重复代码,从代码的复用性来看,不直接修改这个方法始终是比较好的选择。