一.类加载器及双亲委派机制



类加载器	加载类	备注
启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）	JAVA_HOME/jre/lib	无上级，无法直接访问 由jvm加载
拓展类加载器（Extension ClassLoader）	JAVA_HOME/jre/lib/ext	父加载器为 Bootstrap，显示为 null 。该类由Bootstrap加载
应用类加载器（Application ClassLoader)	classpath	父加载器上级为 Extension,该类由Bootstrap加载
自定义类加载器	自定义路径	父加载器为 Application,该类由Application ClassLoader加载

1.类加载器继承结构





2. 类加载器的核心方法

方法名	说明
getParent()	返回该类加载器的父类加载器
findClass(String name)	查找名字为name的类，返回的结果是java.lang.Class类的实例
loadClass(String name)	加载名为name的类，返回java.lang.Class类的实例
defineClass(String name,byte[] b,int off,int len)	根据字节数组b中的数据转化成Java类，返回的结果是java.lang.Class类的实例

3. Launcher类源码解析

public class Launcher { private static URLStreamHandlerFactory factory = new Factory(); private static Launcher launcher = new Launcher(); // 启动类加载器加载路径 private static String bootClassPath = System.getProperty("sun.boot.class.path"); public static Launcher getLauncher() { return launcher; } private ClassLoader loader; public Launcher() { // Create the extension class loader ClassLoader extcl; try { // 获取扩展类加载器 extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader(); } catch (IOException e) { throw new InternalError( "Could not create extension class loader", e); } // Now create the class loader to use to launch the application try { // 获取应用类加载器 loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl); } catch (IOException e) { throw new InternalError( "Could not create application class loader", e); } // Also set the context class loader for the primordial thread. // 设置线程上下文类加载器为应用类加载器 Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader); } /* * The class loader used for loading installed extensions. */ static class ExtClassLoader extends URLClassLoader { private static volatile ExtClassLoader instance = null; /** * create an ExtClassLoader. The ExtClassLoader is created * within a context that limits which files it can read */ public static ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException { if (instance == null) { synchronized(ExtClassLoader.class) { if (instance == null) { instance = createExtClassLoader(); } } } return instance; } /** * 获取加载路径 */ private static File[] getExtDirs() { // 扩展类加载器加载路径 String s = System.getProperty("java.ext.dirs"); } } /** * The class loader used for loading from java.class.path. * runs in a restricted security context. */ static class AppClassLoader extends URLClassLoader { public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader extcl) throws IOException { // 应用类加载器加载路径 final String s = System.getProperty("java.class.path"); final File[] path = (s == null) ? new File[0] : getClassPath(s); return AccessController.doPrivileged( new PrivilegedAction<AppClassLoader>() { public AppClassLoader run() { URL[] urls = (s == null) ? new URL[0] : pathToURLs(path); return new AppClassLoader(urls, extcl); } }); } } 

4. ClassLoader类源码解析

public abstract class ClassLoader { protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // First, check if the class has already been loaded // 从系统缓存中获取 Class<?> c = findLoadedClass(name); if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); try { // 委托父加载器加载 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(); // 自己加载，从指定路径 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; } } // 自定义类加载器需要重写该方法 protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { throw new ClassNotFoundException(name); } } 

5. 双亲委派机制优缺点

优点：

1、保证安全性，层级关系代表优先级，也就是所有类的加载，优先给启动类加载器，这样就保证了核心类库类

2、避免类的重复加载，如果父类加载器加载过了，子类加载器就没有必要再去加载了，确保一个类的全局唯一性

缺点：

检查类是否加载的委派过程是单向的， 这个方式虽然从结构上说比较清晰，使各个 ClassLoader 的职责非常明确， 但是同时会带来一个问题， 即顶层的ClassLoader 无法访问底层的ClassLoader 所加载的类

通常情况下， 启动类加载器中的类为系统核心类， 包括一些重要的系统接口，而在应用类加载器中， 为应用类。 按照这种模式， 应用类访问系统类自然是没有问题， 但是系统类访问应用类就会出现问题。

二.spi接口及线程上下文类加载器

1.spi接口定义及线程上下文加载的作用

Java提供了很多核心接口的定义，这些接口被称为SPI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，是由启动类加载器(Bootstrap Classloader)来加载的；SPI的实现类是由系统类加载器(System ClassLoader)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。

 类加载传导规则：JVM 会选择当前类的类加载器来加载所有该类的引用的类。例如我们定义了 TestA 和 TestB 两个类，TestA 会引用 TestB，只要我们使用自定义的类加载器加载 TestA，那么在运行时，当 TestA 调用到 TestB 的时候， TestB 也会被 JVM 使用 TestA 的类加载器加载。依此类推，只要是 TestA 及其引用类关联的所有 jar 包的类都会被自定义类加载器加载。通过这种方式，我们只要让模块的 main 方法类使用不同的类加载器加载，那么每个模块的都会使用 main 方法类的类加载器加载的，这样就能让多个模块分别使用不同类加载器。这也是 OSGi 和 SofaArk 能够实现类隔离的核心原理。 

2. spi加载原理

当第三方实现者提供了服务接口的一种实现之后，在jar包的 META-INF/services/ 目录里同时创建一个以服务接口命名的文件，该文件就是实现该服务接口的实现类。而当外部程序装配这个模块的时候，就能通过该jar包 META-INF/services/ 里的配置文件找到具体的实现类名，并装载实例化，完成模块的注入。

JDK官方提供了一个查找服务实现者的工具类：java.util.ServiceLoader

public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S> { // 加载spi接口实现类配置文件固定路径 private static final String PREFIX = "META-INF/services/"; /** * Creates a new service loader for the given service type, using the * current thread's {@linkplain java.lang.Thread#getContextClassLoader * context class loader}. * * <p> An invocation of this convenience method of the form * * <blockquote><pre> * ServiceLoader.load(<i>service</i>)</pre></blockquote> * * is equivalent to * * <blockquote><pre> * ServiceLoader.load(<i>service</i>, * Thread.currentThread().getContextClassLoader())</pre></blockquote> * * @param <S> the class of the service type * * @param service * The interface or abstract class representing the service * * @return A new service loader */ public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) { // 线程上下文类加载器 ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); return ServiceLoader.load(service, cl); } } 

3.示列代码

代码：

public interface IShout { void shout(); } public class Dog implements IShout { @Override public void shout() { System.out.println("wang wang"); } } public class Cat implements IShout { @Override public void shout() { System.out.println("miao miao"); } } public class Main { public static void main(String[] args) { ServiceLoader<IShout> shouts = ServiceLoader.load(IShout.class); for (IShout s : shouts) { s.shout(); } } } 

配置：

4.MySQL驱动类加载

 

// 加载Class到AppClassLoader（系统类加载器），然后注册驱动类 //Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver").newInstance(); String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/testdb"; // 通过java库获取数据库连接 Connection conn = java.sql.DriverManager.getConnection(url, "name", "password"); public class DriverManager { static { loadInitialDrivers(); println("JDBC DriverManager initialized"); } private static void loadInitialDrivers() { 。。。。。。。 AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() { public Void run() { ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class); Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator(); /* Load these drivers, so that they can be instantiated. * It may be the case that the driver class may not be there * i.e. there may be a packaged driver with the service class * as implementation of java.sql.Driver but the actual class * may be missing. In that case a java.util.ServiceConfigurationError * will be thrown at runtime by the VM trying to locate * and load the service. * * Adding a try catch block to catch those runtime errors * if driver not available in classpath but it's * packaged as service and that service is there in classpath. */ try{ while(driversIterator.hasNext()) { driversIterator.next(); } } catch(Throwable t) { // Do nothing } return null; } }); println("DriverManager.initialize: jdbc.drivers = " + drivers); if (drivers == null || drivers.equals("")) { return; } String[] driversList = drivers.split(":"); println("number of Drivers:" + driversList.length); for (String aDriver : driversList) { try { println("DriverManager.Initialize: loading " + aDriver); Class.forName(aDriver, true, ClassLoader.getSystemClassLoader()); } catch (Exception ex) { println("DriverManager.Initialize: load failed: " + ex); } } } } 

三.自定义动态类加载器

1.示例代码

public class DynamicClassLoad extends ClassLoader{ public static void main(String[] args) { Executors.newSingleThreadScheduledExecutor().scheduleAtFixedRate(new Runnable() { @Override public void run() { try { DynamicClassLoad myClassLoad = new DynamicClassLoad(); Class clazz = myClassLoad.findClass("/Users/wangzhaoqing1/Desktop/MyTest.class"); Object obj = clazz.newInstance(); Method sayHello = clazz.getDeclaredMethod("sayHello"); sayHello.invoke(obj, null); } catch (Throwable e) { e.printStackTrace(); } } }, 1, 2, TimeUnit.SECONDS); } @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { File file = new File(name); try { byte[] bytes = FileUtils.readFileToByteArray(file); Class<?> c = this.defineClass(null, bytes, 0, bytes.length); return c; } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return super.findClass(name); } } // DynamicClassLoad启动后，修改本类重新编译 public class MyTest { public void sayHello(){ System.out.println("hello wzq 6666666666"); } } 

 

作者：京东零售 王照清

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