手写一个ClassLoader类加载器

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zeal

8个月前 发表于 技术专栏

手写一个ClassLoader类加载器

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zeal

8个月前 发表于 技术专栏

手写一个 ClassLoader 类加载器

由于 jvm 系统的类双亲委派加载机制,可以提供一个沙箱安全环境,保护系统的核心类安全,也可以避免类重复加载,但是也带来了一些问题。

为什么还要定义自已的类加载器呢?

因为 Java 中提供的默认 ClassLoader,只加载指定目录下的 jar 和 class,如果我们想加载其它位置的类或 jar 时,比如:我要加载网络上的一个 class 文件,通过动态加载到内存之后,要调用这个类中的方法实现我的业务逻辑。在这样的情况下,默认的 ClassLoader 就不能满足我们的需求了,所以需要定义自己的 ClassLoader。

定义自已的类加载器分为两步:

1.继承 java.lang.ClassLoader2.重写父类的 findClass 方法

可能在这里有疑问,父类有那么多方法,为什么偏偏只重写 findClass 方法?因为 JDK 已经在 loadClass 方法中帮我们实现了 ClassLoader 搜索类的算法,当在 loadClass 方法中搜索不到类时,loadClass 方法就会调用 findClass 方法来搜索类,所以我们只需重写该方法即可。如没有特殊的要求,一般不建议重写 loadClass 搜索类的算法。

第一步:建一个 Person 类用来测试:

public class Person {

    private String id;

    private String name;

    static {
        System.out.println("hello world");
    }

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

第二步:手写类加载器:

import java.io.*;

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

    private String path;
    private String classloaderName;

    public MyClassLoader(String path, String name) {
        this.path = path;
        this.classloaderName = name;
    }

    @Override
    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 {
                    //判断如果不是需要自己来加载的类,就还是走双亲委派机制去加载
                    if (!name.startsWith("com.zeal")) {
                        c = this.getParent().loadClass(name);
                    } else {
                        c = loadClass(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.
                    c = findClass(name);
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] b = loadByte(name);
        assert b != null;
        return defineClass(name, b, 0, b.length);
    }

    private byte[] loadByte(String name) {
        String fileName = path + name + ".class";
        try (InputStream in = new FileInputStream(fileName);
             ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream()) {
            int i;
            while ((i = in.read()) != -1) {
                out.write(i);
            }
            return out.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            MyClassLoader myClassloader = new MyClassLoader("D:/test/""myclassloader");
            Class<?> c = myClassloader.findClass("Person");
            System.out.println(c.getClassLoader());
            System.out.println(c.getClassLoader().getParent());
            System.out.println(c.getClassLoader().getParent().getParent());
            c.newInstance();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

由于我测试的时候,测试的目录是 D 盘的test目录下,因此,我们需要将Person类执行javac编译下,将字节码文件Person.class拷贝到 D 盘的test目录下。

运行程序,测试类加载

可以看到控制台打印如下,那么可以看到我们的自定义类加载器加载了 Person 类,大功告成!

Tomcat 打破双亲委派机制

以 Tomcat 类加载为例,Tomcat 如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行? 我们思考一下:Tomcat 是个 web 容器, 那么它要解决什么问题:

1.一个 web 容器可能需要部署两个应用程序,不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的 不同版本,不能要求同一个类库在同一个服务器只有一份,因此要保证每个应用程序的类库都是 独立的,保证相互隔离。2.部署在同一个 web 容器中相同的类库相同的版本可以共享。否则,如果服务器有 10 个应用程 序,那么要有 10 份相同的类库加载进虚拟机。3.web 容器也有自己依赖的类库,不能与应用程序的类库混淆。基于安全考虑,应该让容器的 类库和程序的类库隔离开来。4.web 容器要支持 jsp 的修改,我们知道,jsp 文件最终也是要编译成 class 文件才能在虚拟机中 运行,但程序运行后修改 jsp 已经是司空见惯的事情, web 容器需要支持 jsp 修改后不用重启。

再看看我们的问题:Tomcat 如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行?
答案是不行的。为什么?

第一个问题,如果使用默认的类加载器机制,那么是无法加载两个相同类库的不同版本的,默认 的类加器是不管你是什么版本的,只在乎你的全限定类名,并且只有一份。

第二个问题,默认的类加载器是能够实现的,因为他的职责就是保证唯一性。

第三个问题和第一个问题一样。

我们再看第四个问题,我们想我们要怎么实现 jsp 文件的热加载,jsp 文件其实也就是 class 文 件,那么如果修改了,但类名还是一样,类加载器会直接取方法区中已经存在的,修改后的 jsp 是不会重新加载的。那么怎么办呢?我们可以直接卸载掉这 jsp 文件的类加载器,所以你应该想 到了,每个 jsp 文件对应一个唯一的类加载器,当一个 jsp 文件修改了,就直接卸载这个 jsp 类加载 器。重新创建类加载器,重新加载 jsp 文件。

Tomcat类加载机制
Tomcat类加载机制

WebappClassLoader:各个 Webapp 私有的类加载器,加载路径中的 class 只对当前 Webapp 可见,比如加载 war 包里相关的类,每个 war 包应用都有自己的 WebappClassLoader,实现相互隔离,比如不同 war 包应用引入了不同的 spring 版本,这样实现就能加载各自的 spring 版本。

tomcat 这种类加载机制违背了 java 推荐的双亲委派模型了吗?答案是:违背了。

很显然,tomcat 不是完全按照双亲委派机制这样实现,tomcat 为了实现隔离性,没有遵守这个约定,每个 webappClassLoader 加载自己的目录下的 class 文件,不会传递给父类加载器,打破了双亲委 派机制。

注意:同一个 JVM 内,两个相同包名和类名的类对象可以共存,因为他们的类加载器可以不一 样,所以看两个类对象是否是同一个,除了看类的包名和类名是否都相同之外,还需要他们的类 加载器也是同一个才能认为他们是同一个。

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