笔记 笔记
首页
  • 开发工具
  • Java Web
  • Java 进阶
  • 容器化技术
  • Java 专栏

    • Java 核心技术面试精讲
    • Java 业务开发常见错误 100 例
  • 数据库专栏

    • MySQL 实战 45 讲
    • Redis 核心技术与实战
  • 安全专栏

    • OAuth 2.0 实战课
  • 计算机系统
  • 程序设计语言
  • 数据结构
  • 知识产权
  • 数据库
  • 面向对象
  • UML
  • 设计模式
  • 操作系统
  • 结构化开发
  • 软件工程
  • 计算机网络
  • 上午题错题
在线工具 (opens new window)

EasT-Duan

Java 开发
首页
  • 开发工具
  • Java Web
  • Java 进阶
  • 容器化技术
  • Java 专栏

    • Java 核心技术面试精讲
    • Java 业务开发常见错误 100 例
  • 数据库专栏

    • MySQL 实战 45 讲
    • Redis 核心技术与实战
  • 安全专栏

    • OAuth 2.0 实战课
  • 计算机系统
  • 程序设计语言
  • 数据结构
  • 知识产权
  • 数据库
  • 面向对象
  • UML
  • 设计模式
  • 操作系统
  • 结构化开发
  • 软件工程
  • 计算机网络
  • 上午题错题
在线工具 (opens new window)

购买兑换码请添加

添加时候请写好备注,否则无法通过。

  • 设计模式

  • JVM 详解

    • JVM 与 Java 体系结构
    • 类加载子系统
      • 内存结构概述
        • 简图
        • 详细图
      • 类加载器子系统
      • 类加载器 ClassLoader 角色
      • 类加载过程
        • 概述
        • 加载阶段
        • 链接阶段
        • 验证(Verify)
        • 准备(Prepare)
        • 解析(Resolve)
        • 初始化阶段
        • 类的初始化时机
        • clinit()
        • 1,2,3 说明
        • 4 说明
        • 5 说明
        • 6 说明
      • 类加载器的分类
        • 概述
        • 虚拟机自带的加载器
        • 启动类加载器
        • 扩展类加载器
        • 系统类加载器
        • 用户自定义类加载器
        • 什么时候需要自定义类加载器?
        • 如何自定义类加载器?
        • 关于 ClassLoader
        • 获取 ClassLoader 途径
      • 双亲委派机制
        • 双亲委派机制原理
        • 双亲委派机制代码演示
        • 举例 1
        • 举例 2
        • 举例 3
        • 双亲委派机制优势
      • 沙箱安全机制
      • 其他
        • 如何判断两个 class 对象是否相同?
        • 对类加载器的引用
    • 运行时数据区
    • 程序计数器
    • 虚拟机栈
    • 本地方法接口
    • 本地方法栈
    • 堆
    • 方法区
    • 对象的实例化内存布局与访问定位
    • 直接内存
    • 执行引擎
    • StringTable
    • 垃圾回收概述
    • 垃圾回收算法
    • 垃圾回收概念
    • 垃圾回收器
  • Linux

  • Redis

  • 分布式锁

  • Shiro

  • Gradle

  • Java 进阶
  • JVM 详解
EasT-Duan
2024-01-02
目录

类加载子系统

欢迎来到我的 ChatGPT 中转站,极具性价比,为付费不方便的朋友提供便利,有需求的可以添加左侧 QQ 二维码,另外,邀请新用户能获取余额哦!最后说一句,那啥:请自觉遵守《生成式人工智能服务管理暂行办法》。

# 第 2 章 - 类加载子系统

# 内存结构概述

# 简图

# 详细图

英文版

中文版

注意

方法区只有 HotSpot 虚拟机有,J9,JRockit 都没有

如果自己想手写一个 Java 虚拟机的话,主要考虑哪些结构呢?

  1. 类加载器
  2. 执行引擎

# 类加载器子系统

类加载器子系统作用:

  1. 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载 Class 文件,class 文件在文件开头有特定的文件标识。
  2. ClassLoader 只负责 class 文件的加载,至于它是否可以运行,则由 Execution Engine 决定。
  3. 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外,方法区中还会存放运行时常量池信息,可能还包括字符串字面量和数字常量(这部分常量信息是 Class 文件中常量池部分的内存映射)

# 类加载器 ClassLoader 角色

  1. class file(在下图中就是 Car.class 文件)存在于本地硬盘上,可以理解为设计师画在纸上的模板,而最终这个模板在执行的时候是要加载到 JVM 当中来根据这个文件实例化出 n 个一模一样的实例。
  2. class file 加载到 JVM 中,被称为 DNA 元数据模板(在下图中就是内存中的 Car Class),放在方法区。
  3. 在.class 文件–>JVM–> 最终成为元数据模板,此过程就要一个运输工具(类装载器 Class Loader),扮演一个快递员的角色。

# 类加载过程

# 概述

public class HelloLoader {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("谢谢 ClassLoader 加载我....");
        System.out.println("你的大恩大德,我下辈子再报!");
    }
}
1
2
3
4
5
6

它的加载过程是怎么样的呢?

  • 执行 main () 方法(静态方法)就需要先加载 main 方法所在类 HelloLoader
  • 加载成功,则进行链接、初始化等操作。完成后调用 HelloLoader 类中的静态方法 main
  • 加载失败则抛出异常

完整的流程图如下所示:

# 加载阶段

加载:

  1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
  2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
  3. 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口

加载 class 文件的方式:

  1. 从本地系统中直接加载
  2. 通过网络获取,典型场景:Web Applet
  3. 从 zip 压缩包中读取,成为日后 jar、war 格式的基础
  4. 运行时计算生成,使用最多的是:动态代理技术
  5. 由其他文件生成,典型场景:JSP 应用从专有数据库中提取.class 文件,比较少见
  6. 从加密文件中获取,典型的防 Class 文件被反编译的保护措施

# 链接阶段

链接分为三个子阶段:验证 -> 准备 -> 解析

# 验证 (Verify)

  1. 目的在于确保 Class 文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求,保证被加载类的正确性,不会危害虚拟机自身安全
  2. 主要包括四种验证,文件格式验证,元数据验证,字节码验证,符号引用验证。

举例

使用 BinaryViewer 软件查看字节码文件,其开头均为 CAFE BABE ,如果出现不合法的字节码文件,那么将会验证不通过。

# 准备 (Prepare)

  1. 为类变量(static 变量)分配内存并且设置该类变量的默认初始值,即零值
  2. 这里不包含用 final 修饰的 static,因为 final 在编译的时候就会分配好了默认值,准备阶段会显式初始化
  3. 注意:这里不会为实例变量分配初始化,类变量会分配在方法区中,而实例变量是会随着对象一起分配到 Java 堆中

举例

代码:变量 a 在准备阶段会赋初始值,但不是 1,而是 0,在初始化阶段会被赋值为 1

public class HelloApp {
    private static int a = 1;//prepare:a = 0 ---> initial : a = 1
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(a);
    }
}
1
2
3
4
5
6

# 解析 (Resolve)

  1. 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程
  2. 事实上,解析操作往往会伴随着 JVM 在执行完初始化之后再执行
  3. 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在《java 虚拟机规范》的 class 文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
  4. 解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的 CONSTANT Class info、CONSTANT Fieldref info、CONSTANT Methodref info 等

符号引用

  • 反编译 class 文件后可以查看符号引用,下面带# 的就是符号引用

# 初始化阶段

# 类的初始化时机

  1. 创建类的实例
  2. 访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值
  3. 调用类的静态方法
  4. 反射(比如:Class.forName (“com.atguigu.Test”))
  5. 初始化一个类的子类
  6. Java 虚拟机启动时被标明为启动类的类
  7. JDK7 开始提供的动态语言支持:java.lang.invoke.MethodHandle 实例的解析结果 REF_getStatic、REF putStatic、REF_invokeStatic 句柄对应的类没有初始化,则初始化

除了以上七种情况,其他使用 Java 类的方式都被看作是对类的被动使用,都不会导致类的初始化,即不会执行初始化阶段(不会调用 clinit () 方法和 init () 方法)

# clinit()

  1. 初始化阶段就是执行类构造器方法 <clinit>() 的过程
  2. 此方法不需定义,是 javac 编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。也就是说,当我们代码中包含 static 变量的时候,就会有 clinit 方法
  3. <clinit>() 方法中的指令按语句在源文件中出现的顺序执行
  4. <clinit>() 不同于类的构造器。(关联:构造器是虚拟机视角下的 <init>() )
  5. 若该类具有父类,JVM 会保证子类的 <clinit>() 执行前,父类的 <clinit>() 已经执行完毕
  6. 虚拟机必须保证一个类的 <clinit>() 方法在多线程下被同步加锁

IDEA 中安装 JClassLib Bytecode viewer 插件,可以很方便的看字节码。

# 1,2,3 说明

举例 1:有 static 变量

查看下面这个代码的字节码,可以发现有一个 <clinit>() 方法。

public class ClassInitTest {
   private static int num = 1;

   static{
       num = 2;
       number = 20;
       System.out.println(num);
       //System.out.println(number);//报错:非法的前向引用。
   }

   /**
    * 1、linking 之 prepare: number = 0 --> initial: 20 --> 10
    * 2、这里因为静态代码块出现在声明变量语句前面,所以之前被准备阶段为 0 的 number 变量会
    * 首先被初始化为 20,再接着被初始化成 10(这也是面试时常考的问题哦)
    */
   private static int number = 10;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ClassInitTest.num);//2
        System.out.println(ClassInitTest.number);//10
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

<clint 字节码>:

 0 iconst_1
 1 putstatic #3 <com/dfd/jvm/chapter02/java/ClassInitTest.num : I>
 4 bipush 10
 6 putstatic #5 <com/dfd/jvm/chapter02/java/ClassInitTest.number : I>
 9 iconst_2
10 putstatic #3 <com/dfd/jvm/chapter02/java/ClassInitTest.num : I>
13 bipush 20
15 putstatic #5 <com/dfd/jvm/chapter02/java/ClassInitTest.number : I>
18 getstatic #2 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
21 getstatic #3 <com/dfd/jvm/chapter02/java/ClassInitTest.num : I>
24 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println : (I)V>
27 return
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

当我们代码中包含 static 变量的时候,就会有 clinit 方法

举例 2:无 static 变量

加上之后就有了

# 4 说明

在构造器中:

  • 先将类变量 a 赋值为 10
  • 再将局部变量赋值为 20

# 5 说明

若该类具有父类,JVM 会保证子类的 <clinit>() 执行前,父类的 <clinit>() 已经执行完毕

(opens new window)

如上代码,加载流程如下:

  • 首先,执行 main () 方法需要加载 ClinitTest1 类
  • 获取 Son.B 静态变量,需要加载 Son 类
  • Son 类的父类是 Father 类,所以需要先执行 Father 类的加载,再执行 Son 类的加载

# 6 说明

虚拟机必须保证一个类的 <clinit>() 方法在多线程下被同步加锁

public class DeadThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable r = () -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始");
            DeadThread dead = new DeadThread();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
        };

        Thread t1 = new Thread(r,"线程 1");
        Thread t2 = new Thread(r,"线程 2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class DeadThread{
    static{
        if(true){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "初始化当前类");
            while(true){

            }
        }
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

输出结果:

线程 2 开始
线程 1 开始
线程 2 初始化当前类

//然后程序卡死了
1
2
3
4
5

程序卡死,分析原因:

  • 两个线程同时去加载 DeadThread 类,而 DeadThread 类中静态代码块中有一处死循环
  • 先加载 DeadThread 类的线程抢到了同步锁,然后在类的静态代码块中执行死循环,而另一个线程在等待同步锁的释放
  • 所以无论哪个线程先执行 DeadThread 类的加载,另外一个类也不会继续执行。(一个类只会被加载一次)

# 类加载器的分类

# 概述

  1. JVM 严格来讲支持两种类型的类加载器 。分别为引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)和自定义类加载器(User-Defined ClassLoader,包括 Extension Class Loader 和 System Class Loader)
  2. 从概念上来讲,自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器,但是 Java 虚拟机规范却没有这么定义,而是将所有派生于抽象类 ClassLoader 的类加载器都划分为自定义类加载器
  3. 无论类加载器的类型如何划分,在程序中我们最常见的类加载器始终只有 3 个,如下所示

ExtClassLoader

public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {

        //获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        //获取其上层:扩展类加载器
        ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d

        //获取其上层:获取不到引导类加载器
        ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println(bootstrapClassLoader);//null

        //对于用户自定义类来说:默认使用系统类加载器进行加载
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        //String 类使用引导类加载器进行加载的。---> Java 的核心类库都是使用引导类加载器进行加载的。
        ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//null
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
  • 我们尝试获取引导类加载器,获取到的值为 null ,这并不代表引导类加载器不存在,因为引导类加载器右 C/C++ 语言,我们获取不到
  • 两次获取系统类加载器的值都相同:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 ,这说明系统类加载器是全局唯一的

# 虚拟机自带的加载器

# 启动类加载器

启动类加载器(引导类加载器,Bootstrap ClassLoader)

  1. 这个类加载使用 C/C++ 语言实现的,嵌套在 JVM 内部
  2. 它用来加载 Java 的核心库(JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar 或 sun.boot.class.path 路径下的内容),用于提供 JVM 自身需要的类
  3. 并不继承自 java.lang.ClassLoader,没有父加载器
  4. 加载扩展类和应用程序类加载器,并作为他们的父类加载器
  5. 出于安全考虑,Bootstrap 启动类加载器只加载包名为 java、javax、sun 等开头的类

# 扩展类加载器

扩展类加载器(Extension ClassLoader)

  1. Java 语言编写,由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现
  2. 派生于 ClassLoader 类
  3. 父类加载器为启动类加载器
  4. 从 java.ext.dirs 系统属性所指定的目录中加载类库,或从 JDK 的安装目录的 jre/lib/ext 子目录(扩展目录)下加载类库。如果用户创建的 JAR 放在此目录下,也会自动由扩展类加载器加载

# 系统类加载器

应用程序类加载器(也称为系统类加载器,AppClassLoader)

  1. Java 语言编写,由 sun.misc.LaunchersAppClassLoader 实现
  2. 派生于 ClassLoader 类
  3. 父类加载器为扩展类加载器
  4. 它负责加载环境变量 classpath 或系统属性 java.class.path 指定路径下的类库
  5. 该类加载是程序中默认的类加载器,一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载
  6. 通过 classLoader.getSystemclassLoader () 方法可以获取到该类加载器
public class ClassLoaderTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("**********启动类加载器**************");
        //获取 BootstrapClassLoader 能够加载的 api 的路径
        URL[] urLs = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (URL element : urLs) {
            System.out.println(element.toExternalForm());
        }
        //从上面的路径中随意选择一个类,来看看他的类加载器是什么:引导类加载器
        ClassLoader classLoader = Provider.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        System.out.println("***********扩展类加载器*************");
        String extDirs = System.getProperty("java.ext.dirs");
        for (String path : extDirs.split(";")) {
            System.out.println(path);
        }

        //从上面的路径中随意选择一个类,来看看他的类加载器是什么:扩展类加载器
        ClassLoader classLoader1 = CurveDB.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d

    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

输出结果

**********启动类加载器**************
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_131/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_131/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_131/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_131/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_131/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_131/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_131/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_131/jre/classes
null
***********扩展类加载器*************
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\lib\ext
C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

# 用户自定义类加载器

# 什么时候需要自定义类加载器?

在 Java 的日常应用程序开发中,类的加载几乎是由上述 3 种类加载器相互配合执行的,在必要时,我们还可以自定义类加载器,来定制类的加载方式。那为什么还需要自定义类加载器?

  1. 隔离加载类(比如说我假设现在 Spring 框架,和 RocketMQ 有包名路径完全一样的类,类名也一样,这个时候类就冲突了。不过一般的主流框架和中间件都会自定义类加载器,实现不同的框架,中间件之间是隔离的)
  2. 修改类加载的方式
  3. 扩展加载源(还可以考虑从数据库中加载类,路由器等等不同的地方)
  4. 防止源码泄漏(对字节码文件进行解密,自己用的时候通过自定义类加载器来对其进行解密)

# 如何自定义类加载器?

  1. 开发人员可以通过继承抽象类 java.lang.ClassLoader 类的方式,实现自己的类加载器,以满足一些特殊的需求
  2. 在 JDK1.2 之前,在自定义类加载器时,总会去继承 ClassLoader 类并重写 loadClass () 方法,从而实现自定义的类加载类,但是在 JDK1.2 之后已不再建议用户去覆盖 loadClass () 方法,而是建议把自定义的类加载逻辑写在 findclass () 方法中
  3. 在编写自定义类加载器时,如果没有太过于复杂的需求,可以直接继承 URIClassLoader 类,这样就可以避免自己去编写 findclass () 方法及其获取字节码流的方式,使自定义类加载器编写更加简洁。

代码示例

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

        try {
            byte[] result = getClassFromCustomPath(name);
            if (result == null) {
                throw new FileNotFoundException();
            } else {
                //defineClass 和 findClass 搭配使用
                return defineClass(name, result, 0, result.length);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        throw new ClassNotFoundException(name);
    }
	//自定义流的获取方式
    private byte[] getClassFromCustomPath(String name) {
        //从自定义路径中加载指定类:细节略
        //如果指定路径的字节码文件进行了加密,则需要在此方法中进行解密操作。
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader();
        try {
            Class<?> clazz = Class.forName("One", true, customClassLoader);
            Object obj = clazz.newInstance();
            System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

# 关于 ClassLoader

ClassLoader 类,它是一个抽象类,其后所有的类加载器都继承自 ClassLoader(不包括启动类加载器)

方法 描述
loadClass(String name) 加载指定名称的类,并返回对应的 Class 对象。这个方法使用双亲委派模型,从上至下依次尝试加载类。如果找不到类,则会抛出 ClassNotFoundException 异常。
findClass(String name) 查找并加载指定名称的类,并返回对应的 Class 对象。这个方法一般在自定义 ClassLoader 中重写,以实现自定义的类查找逻辑。如果找不到类,则需要抛出 ClassNotFoundException 异常。
defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 将字节数组转换为 Java 类的定义,并返回对应的 Class 对象。这个方法通常在自定义 ClassLoader 中被调用,用于加载已经获得的类字节码。
getParent() 获取当前 ClassLoader 的父级 ClassLoader。ClassLoader 在加载类时会首先委托给父级 ClassLoader 去加载。如果没有父级 ClassLoader,则返回 null。
getSystemClassLoader() 返回系统默认的 ClassLoader。这是应用程序的默认 ClassLoader,用于加载类路径上的类。
getClassLoader() 获取给定类的 ClassLoader。这个方法可以用来获取任意类的 ClassLoader,例如通过 Class 对象的 getClassLoader () 方法来获取该类的 ClassLoader。
setDefaultAssertionStatus(boolean enabled) 设置类加载器的默认断言状态。断言状态决定由 ClassLoader 加载的类是否默认启用或禁用断言。
setPackageAssertionStatus(String packageName, boolean enabled) 设置指定包的断言状态。可以通过这个方法来控制指定包及其子包下的类是否启用或禁用断言。
setClassAssertionStatus(String className, boolean enabled) 设置指定类的断言状态。可以通过这个方法来控制指定类是否启用或禁用断言。
clearAssertionStatus() 清除类加载器的断言状态,将其重置为默认值。这会清除所有已设置的包和类的断言状态设置。

sun.misc.Launcher 它是一个 java 虚拟机的入口应用,因为 ExtClassLoader 和 AppClassLoader 都是 Lancher 中的一个内部类。

# 获取 ClassLoader 途径

public class ClassLoaderTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.
            ClassLoader classLoader = Class.forName("java.lang.String").getClassLoader();
            System.out.println(classLoader);
            //2.
            ClassLoader classLoader1 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
            System.out.println(classLoader1);

            //3.
            ClassLoader classLoader2 = ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
            System.out.println(classLoader2);

        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

输出结果:

null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d
1
2
3

# 双亲委派机制

# 双亲委派机制原理

Java 虚拟机对 class 文件采用的是按需加载的方式,也就是说当需要使用该类时才会将它的 class 文件加载到内存生成 class 对象。而且加载某个类的 class 文件时,Java 虚拟机采用的是双亲委派模式,即把请求交由父类处理,它是一种任务委派模式。

  1. 如果一个类加载器收到了类加载请求,它并不会自己先去加载,而是把这个请求委托给父类的加载器去执行;
  2. 如果父类加载器还存在其父类加载器,则进一步向上委托,依次递归,请求最终将到达顶层的启动类加载器;
  3. 如果父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回,倘若父类加载器无法完成此加载任务,子加载器才会尝试自己去加载,这就是双亲委派模式。
  4. 父类加载器一层一层往下分配任务,如果子类加载器能加载,则加载此类,如果将加载任务分配至系统类加载器也无法加载此类,则抛出异常

# 双亲委派机制代码演示

# 举例 1

1、我们自己建立一个 java.lang.String 类,写上 static 代码块

public class String {
    //
    static{
        System.out.println("我是自定义的 String 类的静态代码块");
    }
}
1
2
3
4
5
6

2、在另外的程序中加载 String 类,看看加载的 String 类是 JDK 自带的 String 类,还是我们自己编写的 String 类

public class StringTest {

    public static void main(String[] args) {
        java.lang.String str = new java.lang.String();
        System.out.println("hello,atguigu.com");

        StringTest test = new StringTest();
        System.out.println(test.getClass().getClassLoader());
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

输出结果:

hello,atguigu.com
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
1
2

程序并没有输出我们静态代码块中的内容,可见仍然加载的是 JDK 自带的 String 类。

把刚刚的类改一下

package java.lang;
public class String {
    //
    static{
        System.out.println("我是自定义的 String 类的静态代码块");
    }
    //错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello,String");
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

由于双亲委派机制一直找父类,所以最后找到了 Bootstrap ClassLoader,Bootstrap ClassLoader 找到的是 JDK 自带的 String 类,在那个 String 类中并没有 main () 方法,所以就报了上面的错误。

# 举例 2

package java.lang;

public class ShkStart {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello!");
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8

输出结果:

java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang
	at java.lang.ClassLoader.preDefineClass(ClassLoader.java:662)
	at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:761)
	at java.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:142)
	at java.net.URLClassLoader.defineClass(URLClassLoader.java:467)
	at java.net.URLClassLoader.access$100(URLClassLoader.java:73)
	at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:368)
	at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:362)
	at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
	at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:361)
	at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)
	at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:335)
	at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
	at sun.launcher.LauncherHelper.checkAndLoadMain(LauncherHelper.java:495)
Error: A JNI error has occurred, please check your installation and try again
Exception in thread "main" 
Process finished with exit code 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

即使类名没有重复,也禁止使用 java.lang 这种包名。这是一种保护机制

# 举例 3

当我们加载 jdbc.jar 用于实现数据库连接的时候

  1. 我们现在程序中需要用到 SPI 接口,而 SPI 接口属于 rt.jar 包中 Java 核心 api
  2. 然后使用双清委派机制,引导类加载器把 rt.jar 包加载进来,而 rt.jar 包中的 SPI 存在一些接口,接口我们就需要具体的实现类了
  3. 具体的实现类就涉及到了某些第三方的 jar 包了,比如我们加载 SPI 的实现类 jdbc.jar 包【首先我们需要知道的是 jdbc.jar 是基于 SPI 接口进行实现的】
  4. 第三方的 jar 包中的类属于系统类加载器来加载
  5. 从这里面就可以看到 SPI 核心接口由引导类加载器来加载,SPI 具体实现类由系统类加载器来加载

# 双亲委派机制优势

通过上面的例子,我们可以知道,双亲机制可以

  1. 避免类的重复加载
  2. 保护程序安全,防止核心 API 被随意篡改
    • 自定义类:自定义 java.lang.String 没有被加载。
    • 自定义类:java.lang.ShkStart(报错:阻止创建 java.lang 开头的类)

# 沙箱安全机制

  1. 自定义 String 类时:在加载自定义 String 类的时候会率先使用引导类加载器加载,而引导类加载器在加载的过程中会先加载 jdk 自带的文件(rt.jar 包中 java.lang.String.class),报错信息说没有 main 方法,就是因为加载的是 rt.jar 包中的 String 类。
  2. 这样可以保证对 java 核心源代码的保护,这就是沙箱安全机制。

# 其他

# 如何判断两个 class 对象是否相同?

在 JVM 中表示两个 class 对象是否为同一个类存在两个必要条件:

  1. 类的完整类名必须一致,包括包名
  2. 加载这个类的 ClassLoader(指 ClassLoader 实例对象)必须相同

换句话说,在 JVM 中,即使这两个类对象(class 对象)来源同一个 Class 文件,被同一个虚拟机所加载,但只要加载它们的 ClassLoader 实例对象不同,那么这两个类对象也是不相等的

# 对类加载器的引用

  1. JVM 必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的
  2. 如果一个类型是由用户类加载器加载的,那么 JVM 会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中
  3. 当解析一个类型到另一个类型的引用的时候,JVM 需要保证这两个类型的类加载器是相同的
#JVM
上次更新: 2025/04/12, 05:37:39
JVM 与 Java 体系结构
运行时数据区

← JVM 与 Java 体系结构 运行时数据区→

最近更新
01
Reactor 核心
02-24
02
前置条件
10-30
03
计算机网络
09-13
更多文章>
Theme by Vdoing | Copyright © 2019-2025 powered by Vdoing
  • 跟随系统
  • 浅色模式
  • 深色模式
  • 阅读模式