この記事の内容は、JVM カスタム クラス ローダーが指定された classPath の下にあるすべてのクラスと jar をロードする方法についてです。必要な方は参考にしていただければ幸いです。 。
Java 仮想マシンの観点から見ると、異なるクラス ローダーは 2 つだけあります。起動クラス ローダーとその他のクラス ローダーです。
1. ブート クラス ローダー (Boostrap ClassLoader): これは c によって実装され、主に JAVA_HOME/lib ディレクトリ内のコア API または -Xbootclasspath オプションで指定された jar パッケージを担当します。
2. その他のクラス ローダー: Java によって実装され、その Class オブジェクトはメソッド領域にあります。これはさらにいくつかのローダーに分割されます
a) 拡張クラスローダー: JAVA_HOME/lib/ext ディレクトリのロードを担当するか、-Djava.ext.dirs システム変数によってすべてのクラス ライブラリ (jar) を指定します。指定されたパスを使用すると、開発者は拡張クラス ローダーを直接使用できます。 java.ext.dirs システム変数で指定されたパスは、System.getProperty("java.ext.dirs") を通じて表示できます。
b). アプリケーション クラスローダー: java -classpath または -Djava.class.path が指すディレクトリにクラスと jar パッケージをロードします。開発者はこのクラスローダーを直接使用できます。これは、カスタム クラス ローダーが指定されていない場合のプログラムのデフォルト ローダーです。
c) カスタム クラス ローダー (ユーザー クラスローダー): プログラムの実行中、クラス ファイルは java.lang.ClassLoader のサブクラスを通じて動的にロードされ、Java の動的リアルタイム クラス ロード特性を反映します。 。
これら 4 つのクラスローダーの階層関係は次の図に示すようになります。
#3. カスタム クラス ローダー
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {return loadClass(name, false);protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {throw new ClassNotFoundException(name);
}protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)throws ClassFormatError
{return defineClass(name, b, off, len, null);
}loadClass
: JVM がクラスをロードするとき、loadClass は親委任モードを使用して、ClassLoader のloadClass() メソッドを通じてクラスをロードします。親委任モードを変更したい場合は、loadClass を変更してクラスのロード方法を変更できます。親の委任モデルについては、ここでは詳しく説明しません。
findClass: ClassLoader は、findClass() メソッドを通じてクラスを読み込みます。カスタム クラス ローダーはこのメソッドを実装して、指定されたパス下のファイル、バイト ストリームなどの必要なクラスをロードします。
defineClass: findClass は findClass で使用されます。Class ファイルで渡されたバイト配列を呼び出すことで、メソッド領域に Class オブジェクトを生成できます。つまり、findClass はクラス ロード関数を実装します。
ClassLoader のloadClass ソース コードのセクションを投稿して、本当の姿を確認してください...
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 {
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();
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;
}
}/**
* Loads the class with the specified <a href="#name">binary name</a>. The
* default implementation of this method searches for classes in the
* following order:
*
* <ol>
*
* <li><p> Invoke {@link #findLoadedClass(String)} to check if the class
* has already been loaded. </p></li>
*
* <li><p> Invoke the {@link #loadClass(String) <tt>loadClass</tt>} method
* on the parent class loader. If the parent is <tt>null</tt> the class
* loader built-in to the virtual machine is used, instead. </p></li>
*
* <li><p> Invoke the {@link #findClass(String)} method to find the
* class. </p></li>
*
* </ol>
*
* <p> If the class was found using the above steps, and the
* <tt>resolve</tt> flag is true, this method will then invoke the {@link
* #resolveClass(Class)} method on the resulting <tt>Class</tt> object.
*
* <p> Subclasses of <tt>ClassLoader</tt> are encouraged to override {@link
* #findClass(String)}, rather than this method. </p>
*
* <p> Unless overridden, this method synchronizes on the result of
* {@link #getClassLoadingLock <tt>getClassLoadingLock</tt>} method
* during the entire class loading process.
*
* @param name
* The <a href="#name">binary name</a> of the class
*
* @param resolve
* If <tt>true</tt> then resolve the class
*
* @return The resulting <tt>Class</tt> object
*
* @throws ClassNotFoundException
* If the class could not be found
*/resolveClass：Class载入必须链接（link），链接指的是把单一的Class加入到有继承关系的类树中。这个方法给Classloader用来链接一个类，如果这个类已经被链接过了，那么这个方法只做一个简单的返回。否则，这个类将被按照 Java™规范中的Execution描述进行链接。
按照3.1的说明，继承ClassLoader后重写了findClass方法加载指定路径上的class。先贴上自定义类加载器。
package com.chenerzhu.learning.classloader;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
/**
* @author chenerzhu
* @create 2018-10-04 10:47
**/
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String path;
public MyClassLoader(String path) {
this.path = path;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] result = getClass(name);
if (result == null) {
throw new ClassNotFoundException();
} else {
return defineClass(name, result, 0, result.length);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
private byte[] getClass(String name) {
try {
return Files.readAllBytes(Paths.get(path));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}以上就是自定义的类加载器了，实现的功能是加载指定路径的class。再看看如何使用。
package com.chenerzhu.learning.classloader;
import org.junit.Test;
/**
* Created by chenerzhu on 2018/10/4.
*/
public class MyClassLoaderTest {
@Test
public void testClassLoader() throws Exception {
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("src/test/resources/bean/Hello.class");
Class clazz = myClassLoader.loadClass("com.chenerzhu.learning.classloader.bean.Hello");
Object obj = clazz.newInstance();
System.out.println(obj);
System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());
}
}首先通过构造方法创建MyClassLoader对象myClassLoader，指定加载src/test/resources/bean/Hello.class路径的Hello.class（当然这里只是个例子，直接指定一个class的路径了）。然后通过myClassLoader方法loadClass加载Hello的Class对象，最后实例化对象。以下是输出结果，看得出来实例化成功了，并且类加载器使用的是MyClassLoader。
com.chenerzhu.learning.classloader.bean.Hello@2b2948e2 com.chenerzhu.learning.classloader.MyClassLoader@335eadca
JVM中class和Meta信息存放在PermGen space区域（JDK1.8之后存放在MateSpace中）。如果加载的class文件很多，那么可能导致元数据空间溢出。引起java.lang.OutOfMemory异常。对于有些Class我们可能只需要使用一次，就不再需要了，也可能我们修改了class文件，我们需要重新加载 newclass，那么oldclass就不再需要了。所以需要在JVM中卸载（unload）类Class。
JVM中的Class只有满足以下三个条件，才能被GC回收，也就是该Class被卸载（unload）：
该类所有的实例都已经被GC。
该类的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用。
加载该类的ClassLoader实例已经被GC。
很容易理解，就是要被卸载的类的ClassLoader实例已经被GC并且本身不存在任何相关的引用就可以被卸载了，也就是JVM清除了类在方法区内的二进制数据。
JVM自带的类加载器所加载的类，在虚拟机的生命周期中，会始终引用这些类加载器，而这些类加载器则会始终引用它们所加载的类的Class对象。因此这些Class对象始终是可触及的，不会被卸载。而用户自定义的类加载器加载的类是可以被卸载的。虽然满足以上三个条件Class可以被卸载，但是GC的时机我们是不可控的，那么同样的我们对于Class的卸载也是不可控的。
经过以上几个点的说明，现在可以实现JVM自定义类加载器加载指定classPath下的所有class及jar了。这里没有限制class和jar的位置，只要是classPath路径下的都会被加载进JVM，而一些web应用服务器加载是有限定的，比如tomcat加载的是每个应用classPath+“/classes”加载class，classPath+“/lib”加载jar。以下就是代码啦...
package com.chenerzhu.learning.classloader;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.Enumeration;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.jar.JarEntry;
import java.util.jar.JarFile;
/**
* @author chenerzhu
* @create 2018-10-04 12:24
**/
public class ClassPathClassLoader extends ClassLoader{
private static Map<String, byte[]> classMap = new ConcurrentHashMap<>();
private String classPath;
public ClassPathClassLoader() {
}
public ClassPathClassLoader(String classPath) {
if (classPath.endsWith(File.separator)) {
this.classPath = classPath;
} else {
this.classPath = classPath + File.separator;
}
preReadClassFile();
preReadJarFile();
}
public static boolean addClass(String className, byte[] byteCode) {
if (!classMap.containsKey(className)) {
classMap.put(className, byteCode);
return true;
}
return false;
}
/**
* 这里仅仅卸载了myclassLoader的classMap中的class,虚拟机中的
* Class的卸载是不可控的
* 自定义类的卸载需要MyClassLoader不存在引用等条件
* @param className
* @return
*/
public static boolean unloadClass(String className) {
if (classMap.containsKey(className)) {
classMap.remove(className);
return true;
}
return false;
}
/**
* 遵守双亲委托规则
*/
@Override
protected Class<?> findClass(String name) {
try {
byte[] result = getClass(name);
if (result == null) {
throw new ClassNotFoundException();
} else {
return defineClass(name, result, 0, result.length);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
private byte[] getClass(String className) {
if (classMap.containsKey(className)) {
return classMap.get(className);
} else {
return null;
}
}
private void preReadClassFile() {
File[] files = new File(classPath).listFiles();
if (files != null) {
for (File file : files) {
scanClassFile(file);
}
}
}
private void scanClassFile(File file) {
if (file.exists()) {
if (file.isFile() && file.getName().endsWith(".class")) {
try {
byte[] byteCode = Files.readAllBytes(Paths.get(file.getAbsolutePath()));
String className = file.getAbsolutePath().replace(classPath, "")
.replace(File.separator, ".")
.replace(".class", "");
addClass(className, byteCode);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
} else if (file.isDirectory()) {
for (File f : file.listFiles()) {
scanClassFile(f);
}
}
}
}
private void preReadJarFile() {
File[] files = new File(classPath).listFiles();
if (files != null) {
for (File file : files) {
scanJarFile(file);
}
}
}
private void readJAR(JarFile jar) throws IOException {
Enumeration<JarEntry> en = jar.entries();
while (en.hasMoreElements()) {
JarEntry je = en.nextElement();
je.getName();
String name = je.getName();
if (name.endsWith(".class")) {
//String className = name.replace(File.separator, ".").replace(".class", "");
String className = name.replace("\\", ".")
.replace("/", ".")
.replace(".class", "");
InputStream input = null;
ByteArrayOutputStream baos = null;
try {
input = jar.getInputStream(je);
baos = new ByteArrayOutputStream();
int bufferSize = 1024;
byte[] buffer = new byte[bufferSize];
int bytesNumRead = 0;
while ((bytesNumRead = input.read(buffer)) != -1) {
baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
}
addClass(className, baos.toByteArray());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (baos != null) {
baos.close();
}
if (input != null) {
input.close();
}
}
}
}
}
private void scanJarFile(File file) {
if (file.exists()) {
if (file.isFile() && file.getName().endsWith(".jar")) {
try {
readJAR(new JarFile(file));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
} else if (file.isDirectory()) {
for (File f : file.listFiles()) {
scanJarFile(f);
}
}
}
}
public void addJar(String jarPath) throws IOException {
File file = new File(jarPath);
if (file.exists()) {
JarFile jar = new JarFile(file);
readJAR(jar);
}
}
}如何使用的代码就不贴了，和3.2节自定义类加载器的使用方式一样。只是构造方法的参数变成classPath了，篇末有代码。当创建MyClassLoader对象时，会自动添加指定classPath下面的所有class和jar里面的class到classMap中，classMap维护className和classCode字节码的关系，只是个缓冲作用，避免每次都从文件中读取。自定义类加载器每次loadClass都会首先在JVM中找是否已经加载className的类，如果不存在就会到classMap中取，如果取不到就是加载错误了。
至此，JVM自定义类加载器加载指定classPath下的所有class及jar已经完成了。这篇博文花了两天才写完，在写的过程中有意识地去了解了许多代码的细节，收获也很多。本来最近仅仅是想实现Quartz控制台页面任务添加支持动态class，结果不知不觉跑到类加载器的坑了，在此也趁这个机会总结一遍。当然以上内容并不能保证正确，所以希望大家看到错误能够指出，帮助我更正已有的认知，共同进步。。。
本文的代码已经上传github：https://github.com/chenerzhu/learning/tree/master/classloader
以上がJVM カスタム クラス ローダーは、指定された classPath の下にあるすべてのクラスと jar をどのようにロードしますか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。
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