JVM類載入機制以及類緩衝問題的處理

JVM類載入機制以及類緩衝問題的處理

當一個Java項目啟動的時候，JVM會找到main方法，根據對象之間的調用來對class檔案和所引用的jar包中的class檔案進行載入（其步驟分為載入、驗證、準備、解析、初始化、使用和卸載），方法區中開闢記憶體來儲存類的運行時資料結構（包括靜態變數、靜態方法、常量池、類結構等），同時在堆中產生相應的Class對象指向方法區中對應的類運行時資料結構。

用最簡單的一句話來概括，類載入的過程就是JVM根據所需的class檔案的路徑，通過IO流的方式來讀取class位元組碼檔案，並通過一系列解析初始化等步驟來注入到記憶體。 java中的類載入器有：BootstrapClassLoader（最上層）、ExtClassLoader、AppClassLoader、以及使用者自訂的ClassLoader（最下層）。JVM對於不同種類的jar包（或class檔案），會有不同種類的類載入器進行載入。對應關係如下：　　

BootstrapClassLoader  用於載入JVM運行所需要的類：　　　　JAVA_HOME/jre/lib/resources.jar:　　　　JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar:　　　　JAVA_HOME/jre/lib/sunrsasign.jar:　　　　JAVA_HOME/jre/lib/jsse.jar:　　　　JAVA_HOME/jre/lib/jce.jar:　　　　JAVA_HOME/jre/lib/charsets.jar:　　　　JAVA_HOME/jre/lib/jfr.jar:　　　　JAVA_HOME/jre/classes　　　ExtClassLoader 用於載入擴充類：　　　　　　../Java/Extensions:　　　　../JAVA_HOME/jre/lib/ext:　　　　../Library/Java/Extensions:/Network/Library/Java/Extensions:　　　　../System/Library/Java/Extensions:　　　　../lib/java　　　　AppClassLoader 用於載入我們項目中ClassPath下所建立的類和jar包中引用的類。

 

　　整個類載入，是通過一種叫做雙親委派的機制來進行載入。

　　舉例來說，一個類被最下層的載入器（使用者自訂ClassLoader）進行載入，此載入器首先會調用上一層的載入器（AppClassLoader）進行載入，而AppClassLoader會繼續轉交給上層（ExtClassLoader）的載入器進行載入，直到BootstrapClassLoader。  如果BootstrapClassLoader所載入的類路徑找不到此類，那麼才會交給下一層的載入器（ExtClassLoader）進行載入，如果找不到此類，繼續交給下一層（AppClassLoader）進行載入。以此類推，如果使用者自訂的ClassLoader也找不到此類，那麼程式就會拋出一個ClassNotFoundError。整個載入過程圖示如下：

（圖片引用自：https://www.cnblogs.com/xing901022/p/4574961.html）

　　類載入源的源碼跟蹤如下（在此對源碼進行了適當的簡化），讀者可以點入源碼進行查看：

package java.lang.ClassLoader;
import .... protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)        throws ClassNotFoundException    {        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {            // First，在虛擬機器記憶體中尋找是否已經載入過此類...類緩衝的主要問題所在！！！             Class<?> c = findLoadedClass(name);            if (c == null) {                long t0 = System.nanoTime();                try {                    if (parent != null) {
　　　　　　　　　　　　　　 //先讓上一層載入器進行載入                        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) {　　　　　　　　　　　　//調用此類載入器所實現的findClass方法進行載入                    c = findClass(name);                }            }            if (resolve) {                resolveClass(c);            }            return c;        }    }

　　在源碼中可以完全領略到雙親委派機制的過程，其中最重要的三句代碼已經進行了標註：

　　　　findLoadedClass（在虛擬機器記憶體中尋找是否已經載入過此類...類緩衝的主要問題所在！！！）

　　　　parent.loadClass（先讓上一層載入器進行載入）

　　　　findClass（調用此類載入器所實現的findClass方法進行載入）


　　如果使用者需要自訂載入器，載入自己指定路徑的class檔案，需要繼承ClassLoader，並實現findClass(String name)方法。舉例如下：

package com.bkjia.utils;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.FileInputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;public class ServiceClassLoader extends ClassLoader{    private String classPath;        public ServiceClassLoader(String classPath) {        this.classPath = classPath;    }        /**     * 重寫父類的findClass 方法。  父類的loadClass會調用此方法     */    @Override    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {           Class<?> c = null;                byte[] classData = getClassData(name);                if (classData!=null) {            c = defineClass(name, classData, 0, classData.length);        }else {            throw new ClassNotFoundException();        }                return c;    }　　
　　
　　 // 將class檔案通過IO流讀取，轉化為位元組數組    private byte[] getClassData(String name) {                String path = classPath + "/"+ name.replace('.', '/') + ".class";                InputStream iStream = null;        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();        try {            iStream = new FileInputStream(path);                        byte[] buffer = new byte[1024];            int temp = 0;            while ((temp = iStream.read(buffer))!=-1) {                byteArrayOutputStream.write(buffer, 0, temp);            }            if (byteArrayOutputStream!=null) {                return byteArrayOutputStream.toByteArray();            }        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }finally {            try {                if (iStream!=null) {                    iStream.close();                }            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }            try {                if (byteArrayOutputStream!=null) {                    byteArrayOutputStream.close();                }            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }        }        return null;    }}

　　對類載入器的使用代碼如下：

ServiceClassLoader serviceClassLoader = new ServiceClassLoader("c:\myclass");Czlass<?> c = ServiceClassLoader.loadClass("com.bkjia.service.Myclass");

　　如果用同一個ServiceClassLoader對象去載入同一個Class檔案多次，每次載入後的Class對象為同一個！ 然而如果new不同的自訂ClassLoader去載入同一個Class檔案，則每次會返回不同的Class對象。

　　注意：不能將所要載入的Class檔案放到classpath目錄及其任何子目錄下，否則會被AppClassLoader優先載入（這是由於類載入採用雙親委派機制，同時AppClassLoader可以載入所有在classpath下的class檔案），每次都是同一個AppClassLoader進行載入，因此會出現類緩衝問題。

　　這樣就解決了通常在JVM類載入時，直接使用反射出現的類緩衝的問題。