详解JVM类加载机制及类缓存问题的处理方法

前言

大家应该都知道,当一个Java项目启动的时候,JVM会找到main方法,根据对象之间的调用来对class文件和所引用的jar包中的class文件进行加载(其步骤分为加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载),方法区中开辟内存来存储类的运行时数据结构(包括静态变量、静态方法、常量池、类结构等),同时在堆中生成相应的Class对象指向方法区中对应的类运行时数据结构。

用最简单的一句话来概括,类加载的过程就是JVM根据所需的class文件的路径,通过IO流的方式来读取class字节码文件,并通过一系列解析初始化等步骤来注入到内存。 java中的类加载器有:BootstrapClassLoader(最上层)、ExtClassLoader、AppClassLoader、以及用户自定义的ClassLoader(最下层)。JVM对于不同种类的jar包(或class文件),会有不同种类的类加载器进行加载。

对应关系如下:

BootstrapClassLoader  用于加载JVM运行所需要的类:

    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 用于加载扩展类:  

    ../Java/Extensions:
    ../JAVA_HOME/jre/lib/ext:    ../Library/Java/Extensions:/Network/Library/Java/Extensions:
    ../System/Library/Java/Extensions:
    ../lib/java

  AppClassLoader 用于加载我们项目中ClassPath下所创建的类和jar包中引用的类。

整个类加载,是通过一种叫做双亲委派的机制来进行加载。

举例来说,一个类被最下层的加载器(用户自定义ClassLoader)进行加载,此加载器首先会调用上一层的加载器(AppClassLoader)进行加载,而AppClassLoader会继续转交给上层(ExtClassLoader)的加载器进行加载,直到BootstrapClassLoader。  如果BootstrapClassLoader所加载的类路径找不到此类,那么才会交给下一层的加载器(ExtClassLoader)进行加载,如果找不到此类,继续交给下一层(AppClassLoader)进行加载。以此类推,如果用户自定义的ClassLoader也找不到此类,那么程序就会抛出一个ClassNotFoundError。

整个加载过程图示如下:

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

类加载源的源码跟踪如下(在此对源码进行了适当的简化),读者可以点入源码进行查看:

package java.lang.ClassLoader;
import ....
 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
  throws ClassNotFoundException
 {
  synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
   // First,在虚拟机内存中查找是否已经加载过此类...类缓存的主要问题所在!!!
   Class<?> c = findLoadedClass(name);
   if (c == null) {
    long t0 = System.nanoTime();
    try {
     if (parent != null) {
               //先让上一层加载器进行加载
      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) {
            //调用此类加载器所实现的findClass方法进行加载
     c = findClass(name);
    }
   }
   if (resolve) {
    resolveClass(c);
   }
   return c;
  }
 }

在源码中可以完全领略到双亲委派机制的过程,其中最重要的三句代码已经进行了标注:

  •     findLoadedClass(在虚拟机内存中查找是否已经加载过此类...类缓存的主要问题所在!!!)
  •     parent.loadClass(先让上一层加载器进行加载)
  •     findClass(调用此类加载器所实现的findClass方法进行加载)

  如果用户需要自定义加载器,加载自己指定路径的class文件,需要继承ClassLoader,并实现findClass(String name)方法。举例如下:

package com.linuxidc.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;
 }
 /**
  * 重写父类的findClass 方法。 父类的loadClass会调用此方法
  */
 @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;
 } 
   // 将class文件通过IO流读取,转化为字节数组
 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;
 }
}

对类加载器的使用代码如下:

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

如果 用同一个 ServiceClassLoader 对象去加载同一个Class文件多次,每次加载后的Class对象为同一个! 然而如果new不同的自定义ClassLoader去加载同一个Class文件,则每次会返回不同的Class对象。

注意: 不能将所要加载的Class文件放到classpath目录及其任何子目录下,否则会被AppClassLoader优先加载 (这是由于类加载采用双亲委派机制,同时AppClassLoader可以加载所有在classpath下的class文件), 每次都是同一个AppClassLoader进行加载,因此会出现类缓存问题。

这样就解决了通常在JVM类加载时,直接使用反射出现的类缓存的问题。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对我们的支持。

(0)

相关推荐

  • jvm类加载器基础解析

    [类加载器简介] 类加载器(classloader)用于将类的class文件加载到JVM虚拟机.JVM有三种加载器,引导类加载器器(bootstrapclassloader).扩展类加载器(extensionsclassloader)和应用类加载器(applicationclassloader),另外还可以继承java.lang.ClassLoader类创建自定义加载器. [类加载器种类] 1.引导类加载器(BootStrap):并不是一个Java类,采用C++语言编写.内嵌在JVM内核里面,使

  • JVM类加载机制详解

    一.先看看编写出的代码的执行过程: 二.研究类加载机制的意义 从上图可以看出,类加载是Java程序运行的第一步,研究类的加载有助于了解JVM执行过程,并指导开发者采取更有效的措施配合程序执行. 研究类加载机制的第二个目的是让程序能动态的控制类加载,比如热部署等,提高程序的灵活性和适应性. 三.类加载的一般过程 原理:双亲委托模式 1.寻找jre目录,寻找jvm.dll,并初始化JVM: 2.产生一个Bootstrap Loader(启动类加载器): 3.Bootstrap Loader自动加载E

  • 浅谈JVM核心之JVM运行和类加载

    前言 本篇博客将写一点关于JVM的东西,涉及JVM运行时数据区.类加载的过程.类加载器.ClassLoader.双亲委派机制.自定义类加载器等,这些都是博主自己的一点理解,如果有误,欢迎大家评论拍砖~ 关于JVM运行时数据区 JVM运行时数据区 关于类加载 class文件加载至内存,链接(校验.解析),初始化:最终形成JVM可以直接使用的JAVA类型的过程. 加载:在方法区形成类的运行时数据结构:在堆里面形成该类的Class对象,作为访问方法区的入口. 加载 链接:class文件是否存在问题:一

  • 详解JVM类加载机制及类缓存问题的处理方法

    前言 大家应该都知道,当一个Java项目启动的时候,JVM会找到main方法,根据对象之间的调用来对class文件和所引用的jar包中的class文件进行加载(其步骤分为加载.验证.准备.解析.初始化.使用和卸载),方法区中开辟内存来存储类的运行时数据结构(包括静态变量.静态方法.常量池.类结构等),同时在堆中生成相应的Class对象指向方法区中对应的类运行时数据结构. 用最简单的一句话来概括,类加载的过程就是JVM根据所需的class文件的路径,通过IO流的方式来读取class字节码文件,并通

  • 详解JAVA类加载机制

    1.一段简单的代码 首先来一段代码,这个是单例模式,可能有的人不知道什么是单例模式,我就简单说一下 单例模式是指一个类有且只有一种对象实例.这里用的是饿汉式,还有懒汉式,双检锁等等.... 写这个是为了给大家看一个现象 class SingleTon{ public static int count1; public static int count2=0; private static SingleTon instance=new SingleTon(); public SingleTon()

  • Java虚拟机JVM类加载机制(从类文件到虚拟机)

    一.类加载机制简介 什么是类的加载 类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中,将其放在运行时数据区的方法区内,然后在堆区创建一个java.lang.Class对象,用来封装类在方法区内的数据结构.类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象,Class对象封装了类在方法区内的数据结构,并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口. 类加载机制:所谓的类加载机制就是虚拟机将class文件加载到内存,并对数据进行验证,转换解析和初始化,形成虚拟机可以直接使用的jav

  • 详解JAVA类加载机制(推荐)

    JAVA源码编译由三个过程组成: 1.源码编译机制. 2.类加载机制 3.类执行机制 我们这里主要介绍编译和类加载这两种机制. 一.源码编译 代码编译由JAVA源码编译器来完成.主要是将源码编译成字节码文件(class文件).字节码文件格式主要分为两部分:常量池和方法字节码. 二.类加载 类的生命周期是从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存结束.过程共有七个阶段,其中到初始化之前的都是属于类加载的部分 加载----验证----准备----解析-----初始化----使用-----卸载 系统可能

  • 详解Java类加载器与双亲委派机制

    目录 引子 了解.class文件 类加载的过程 类加载器 与 双亲委派机制 ClassLoader 自定义类加载器 编写一个自定义的类加载器 为什么我们这边要打破双亲委派机制 自定义类加载器时,如何打破双亲委派机制 SPI机制 与 线程上下文类加载器 JDBC Tomcat SpringBoot Starter 尾语 引子 大家想必都有过平时开发springboot 项目的时候稍微改动一点代码,就得重启,就很烦 网上一般介绍 2种方式 spring-boot-devtools,或者通过JRebe

  • 详解JAVA 反射机制

    什么是反射? 反射机制是在程序运行状态中,对于任意一个类,都能够获取这个类的所有属性和方法: 对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法和属性: 这种动态获取信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制. 反射的作用 1.可以实现简单的反编译,获取类中的属性和方法等基本信息,.class->java 2.通过反射机制获取类的属性.方法等 在使用eclipse时,通过对象引用.的方式,eclipse就会将这个对象中的所有属性和方法展示出来,这个就是利用的反射机制.其实反射应用最多的

  • Java 类型信息详解和反射机制介绍

    RTTI RTTI(RunTime Type Information)运行时类型信息,能够在程序运行时发现和使用类型信息,把我们从只能在编译期知晓类型信息并操作的局限中解脱出来 传统的多态机制正是 RTTI 的基本使用:假设有一个基类 Shape 和它的三个子类 Circle.Square.Triangle,现在要把 Circle.Square.Triangle 对象放入 List<Shape> 中,在运行时,先把放入其中的所有对象都当作 Object 对象来处理,再自动将类型转换为 Shap

  • 详解JVM基础之字节码的增强技术

    目录 字节码增强技术 ASM Javassist 运行时类的重载 问题引出 Instrument JVMTI & Agent & Attach API 使用场景 总结 字节码增强技术 在上文中,着重介绍了字节码的结构,这为我们了解字节码增强技术的实现打下了基础.字节码增强技术就是一类对现有字节码进行修改或者动态生成全新字节码文件的技术.接下来,我们将从最直接操纵字节码的实现方式开始深入进行剖析 ASM 对于需要手动操纵字节码的需求,可以使用ASM,它可以直接生产 .class字节码文件,也

  • 详解JVM的分代模型

    前言 上篇文章我们一起对jvm的内存模型有了比较清晰的认识,小伙伴们可以参考JVM内存模型不再是秘密这篇文章做一个复习. 本篇文章我们将针对jvm堆内存的分代模型做一个详细的解析,和大家一起轻松理解jvm的分代模型. 相信看过其他文章的小伙伴们可能都知道,jvm的分代模型包括:年轻代.老年代.永久代. 那么它们分别代表着什么角色呢?我们先来看一段代码 public class Main { public static void main(String[] args) { while (true)

  • 详解Java的构造方法及类的初始化

    目录 一. 利用构造方法给对象初始化 1. 构造方法的概念 2. 构造方法的特性 3. 子类构造方法 4. 避免在构造方法中调用重写的方法 二. 对象的默认初始化 三. 就地初始化对象 四. 类的初始化顺序 1. 普通类(没有继承关系) 2. 派生类( 有继承关系) 一. 利用构造方法给对象初始化 1. 构造方法的概念 构造方法(也称为构造器)是一个特殊的成员方法,其名字必须与类名相同,在创建对象时,由编译器自动调用,并且在整个对象的生命周期内只调用一次. 构造方法的作用就是给对象中的成员进行初

随机推荐