自定义Classloader导致ClassCastException
背景
java.lang.ClassCastException: cn.com.nightfield.Plugin cannot be cast to cn.com.nightfield.Plugin
相同的class
,竟然不能cast?这是什么鬼?
问题描述
自定义类加载器(Classloader
)是很常见的,它可以让我们从自定义的文件系统目录,网络甚至是数据库的各种文件类型(jar
, war
, zip
等)中加载class
文件。 我们项目中使用了一个开源的类管理工具PF4J,来加载指定目录下的class
文件。但奇怪的是,当我们把class
加载进来之后,将它强转为目标类型,却报了java.lang.ClassCastException
,两者明明是同一个class
!
问题分析
先说明,错误是跟自定义类加载器有关。上一个小demo来模拟一下上述错误:
package cn.com.nightfield.jvm.classloader; // 在class path下定义一个类 public class Plugin {}
package cn.com.nightfield.jvm.classloader; import java.net.URL; import java.net.URLClassLoader; // 自定义一个类加载器 public class CustomizedClassLoader extends URLClassLoader { public CustomizedClassLoader(URL[] urls) { super(urls); } protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // 如果不是自定义目录下的class,统一委托给AppClassloader去加载 if (!name.startsWith("cn.com.nightfield.jvm.classloader")) { return super.loadClass(name, resolve); } // 如果是自定义目录下的class,直接加载,此处违反了双亲委派模型 else { Class<?> c = findClass(name); if (resolve) { resolveClass(c); } return c; } } } }
package cn.com.nightfield.jvm.classloader; import java.io.File; import java.net.MalformedURLException; import java.net.URL; public class ClassLoaderTest { public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, MalformedURLException { // 指定类加载器的加载路径 URL url = new File("/Users/zhochi/demo/target/classes").toURI().toURL(); ClassLoader customizedClassLoader = new CustomizedClassLoader(new URL[]{url}); // 用自定义类加载器加载Plugin class Class clz = customizedClassLoader.loadClass("cn.com.nightfield.jvm.classloader.Plugin"); System.out.println(clz.getClassLoader()); Object pluginInstance = clz.newInstance(); // pluginInstance instanceof Plugin”输出false System.out.println("pluginInstance instanceof Plugin: " + (pluginInstance instanceof Plugin)); // 报java.lang.ClassCastException错误 Plugin plugin = (Plugin) clz.newInstance(); } }
控制台输出如下:
cn.com.nightfield.jvm.classloader.CustomizedClassLoader@60e53b93 pluginInstance instanceof Plugin: false Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: cn.com.nightfield.jvm.classloader.Plugin cannot be cast to cn.com.nightfield.jvm.classloader.Plugin at cn.com.nightfield.jvm.classloader.ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:19)
要想知道错误的根源,需要了解对象可以被cast的前提:对象必须是目标类的实例。从上述输出也可以看到,instance instanceof Plugin
的结果是false
,为什么呢?因为对于任意一个类,都需要由它的类加载器和这个类本身,共同确立其在JVM
中的唯一性,也就是说,JVM
中两个类是否相等,首先要看它们是不是由同一个类加载器加载的。如果不是的话,即使这两个类来自于同一个class
文件,它们也不相等。
上例中,Plugin
类处于class path
下,默认是由AppClassloader
来加载的;但是pluginInstance
却是由CustomizedClassLoader
加载出来的class
的实例。JVM
尝试将CustomizedClassLoader.Plugin
转成AppClassloader.Plugin
,必然会报错。
问题解决
其实究其原因,是我们在自定义类加载器CustomizedClassLoader
中,违反了双亲委派模型。 我们都知道,Java
中有三大类加载器:BootstrapClassLoader
,ExtClassLoader
和AppClassLoader
,它们在组合上构成父子关系,前者是后者的"父亲",并且有各自的“领地”:BootstrapClassLoader
负责加载 Java
核心类库如JRE
中的rt.jar
,resource.jar
;ExtClassLoader
负责加载{java.home}/lib/ext
和java.ext.dirs
系统目录下的class
;AppClassLoader
则是加载class path
路径下,也就是我们自己写的class
文件。 所谓双亲委派模型,指的是当Classloader
收到一个加载class
请求的时候,首先会委托给其父亲去加载,如果父亲加载不成功,自己才会尝试去加载。双亲委派的机制是JVM
中类的安全性的一大保障:就算有人恶意自定义了一个String.class
,最终由类加载器加载到的依然是rt.jar
中的String
。以下是loadClass
的部分源码:
public abstract class ClassLoader { protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // 1. 如果类已经被加载过了,直接返回 Class<?> c = findLoadedClass(name); if (c == null) { try { // 2. 委托父类去加载 if (parent != null) { c = parent.loadClass(name, false); } else { // 这种情况指的就是委托BootstrapClassLoader去加载 c = findBootstrapClassOrNull(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { // ClassNotFoundException thrown if class not found // from the non-null parent class loader } if (c == null) { // 3. 尝试自己加载 c = findClass(name); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; } }
不过,双亲委派模型并不是一个强制的约束,而是Java
推荐的模式,所以我们在自定义类加载器的时候,推荐重写findClass()
方法,而不是loadClass()
方法。
回到最开始的问题,分析了一下PF4J
的源码,可以猜到,它也定义了自己的类加载器PluginClassLoader,且它重写的loadClass()
方法的默认实现,为了防止class
的版本问题,违反了双亲委派模型。
总结
Java
中的类加载器,相当于是其加载的class
的命名空间,两个类相等,首先要保证它们是由同一个类加载器加载的。 在实现自定义类加载器的时候,除非你对类加载机制有着深刻的认知且知道自己在做什么,否则不要违反双亲委派模型。
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