http://www.importnew.com/21458.html
1.RTTI Run-Time Type Infomation 运行时类型信息
为什么需要RTTI?
越是优秀的面向对象设计,越是强调高内聚低耦合,正如依赖倒转原则所说:“无论是高层模块还是低层模块,都应该针对抽象编程”。
比如说我们有一个抽象父类:
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Shape draw() |
以下是三个具体类:
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Circle draw() Square draw() Triangle draw() |
某些情况下,我们持有Shape
,但却远远不够——因为我们想要针对它的具体类型进行特殊处理,然而我们的设计完全针对抽象,所以在当前上下文环境中无法判断具体类型。
因为RTTI的存在,使得我们在不破坏设计的前提下得以达到目的。
Class类与Class对象
事实上,每一个类都持有其对应的Class
类的对象的引用(Object
类中的getClass()
能让我们获取到它),其中包含着与类相关的信息。
非常容易注意到,针对每一个类,编译Java文件会生成一个二进制.class
文件,这其中就保存着该类对应的Class
对象的信息。
.class
是用于供类加载器使用的文件
Java程序在运行之前并没有被完全加载,各个部分是在需要时才被加载的。
为了使用类而作的准备包含三步:
- 加载。由类加载器执行,查找字节码,创建一个
Class
对象。 - 链接。验证字节码,为静态域分配存储空间,如果必需的话,会解析这个类创建的对其他类的所有引用(比如说该类持有
static
域)。 - 初始化。如果该类有超类,则对其初始化,执行静态初始化器[注]和静态初始化块。
注:原文为static initializers
,经查看Thinking in Java,其意应为静态域在定义处的初始化,如:
static Dog d = new Dog(0);
。
所有的类都是在对其第一次使用时,动态加载到JVM中去的。当程序创建第一个对类的静态成员的引用时,JVM会使用类加载器来根据类名查找同名的.class
——一旦某个类的Class
对象被载入内存,它就被用来创建这个类的所有对象。构造器也是类的静态方法,使用new
操作符创建新对象会被当作对类的静态成员的引用。
注意特例:如果一个static final
值是编译期常量,读取这个值不需要对类进行初始化。所以说对于不变常量,我们总是应该使用static final
修饰。
Class.forName(String str)
Class
类有一个很有用的静态方法forName(String str)
,可以让我们对于某个类不进行创建就得到它的Class
对象的引用,例如这个样子:
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try { Class toyClass = Class.forName( "com.duanze.Toy" ); // 注意必须使用全限定名 } catch (ClassNotFoundException e) { } |
然而,使用forName(String str)
有一个副作用:如果Toy
类没有被加载,调用它会触发Toy
类的static
子句(静态初始化块)。
与之相比,更好用的是类字面常量,像是这样:
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Class toyClass = Toy. class ; |
支持编译时检查,所以不会抛出异常。使用类字面常量创建Class
对象的引用与forName(String str)
不同,不会触发Toy
类的static
子句(静态初始化块)。所以,更简单更安全更高效。
类字面常量支持类、接口、数组、基本数据类型。
×拓展×
Class.forName(String className)
使用装载当前类的类装载器来装载指定类。因为class.forName(String className)
方法内部调用了Class.forName(className, true, this.getClass().getClassLoader())
方法,如你所见,第三个参数就是指定类装载器,显而易见,它指定的是装载当前类的类装载器的实例,也就是this.getClass().getClassLoader();
你可以选择手动指定装载器:
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ClassLoader cl = new ClassLoader(); Class c1 = cl.loadClass(String className, boolean resolve ); |
更详细的参考
范化的Class
引用
通过范型以及通配符,我们能对Class对象的引用进行类型限定,像是:
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Class<Integer> intClass = int . class ; // 注意右边是基本数据类型的类字面常量 |
这样做的好处是能让编译器进行额外的类型检查。
知道了这一点以后,我们可以把之前的例子改写一下:
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Class toyClass = Toy. class ; Class<?> toyClass = Toy. class ; |
虽然这两句是等价的,但从可读性来说Class<?>
要优于Class
,这说明编程者并不是由于疏忽而选择了非具体版本,而是特意选择了非具体版本。
Class.newInstance()
既然拿到了包含着类信息的Class
对象的引用,我们理应可以构造出一个类的实例。Class.newInstance()
就是这样一个方法,比如:
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// One try { Class<?> toyClass = Class.forName( "com.duanze.Toy" ); Object obj = toyClass.newInstance(); } catch (ClassNotFoundException e) { } // Two Class<?> toyClass = Toy. class ; Object obj = toyClass.newInstance(); |
使用newInstance()
创建的类,必须带有默认构造器。
由于toyClass
仅仅只是一个Class
对象引用,在编译期不具备更进一步的类型信息,所以你使用newInstance()
时只会得到一个Object
引用。如果你需要拿到确切类型,需要这样做:
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Class<Toy> toyClass = Toy. class ; Toy obj = toyClass.newInstance(); |
但是,如果你遇到下面的情况,还是只能拿到Object
引用:
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Class<SubToy> subToyClass = SubToy. class ; Class<? super SubToy> upClass = subToy.getSuperclass(); // 希望拿到SubToy的父类Toy的Class对象引用 // This won't compile: // Class<Toy> upClass = subToy.getSuperclass(); // Only produces Object: Object obj = upClass.newInstance(); |
虽然从常理上来讲,编译器应该在编译期就能知道SubToy
的超类是Toy
,但实际上却并不支持这样写:
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// This won't compile: Class<Toy> upClass = subToy.getSuperclass(); |
而只能够接受:
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Class<? super SubToy> upClass = subToy.getSuperclass(); // 希望拿到SubToy的父类Toy |
这看上去有些奇怪,但现状就是如此,我们惟有接受。好在这并不是什么大问题,因为转型操作并不困难。
类型检查
在进行类型转换之前,可以使用instanceof
关键字进行类型检查,像是:
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if ( x instanceof Shape ) { Shape s = (Shape)x; } |
一般情况下instanceof
已经够用,但有些时候你可能需要更动态的测试途径:Class.isInstance(Class clz)
:
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Class<Shape> s = Shape. class ; s.isInstance(x); |
可以看到,与instanceof
相比,isInstance()
的左右两边都是可变的,这一动态性有时可以让大量包裹在if else...
中的instanceof
缩减为一句。
2.反射
不知道你注意到了没有,以上使用的RTTI都具有一个共同的限制:在编译时,编译器必须知道所有要通过RTTI来处理的类。
但有的时候,你获取了一个对象引用,然而其对应的类并不在你的程序空间中,怎么办?(这种情况并不少见,比如说你从磁盘文件或者网络中获取了一串字串,并且被告知这一串字串代表了一个类,这个类在编译器为你的程序生成代码之后才会出现。)
Class
类和java.lang.reflect
类库一同对反射的概念提供了支持。反射机制并没有什么神奇之处,当通过反射与一个未知类型的对象打交道时,JVM只是简单地检查这个对象,看它属于哪个特定的类。因此,那个类的.class
对于JVM来说必须是可获取的,要么在本地机器上,要么从网络获取。所以对于RTTI和反射之间的真正区别只在于:
- RTTI,编译器在编译时打开和检查
.class
文件 - 反射,运行时打开和检查
.class
文件
明白了以上概念后,什么getFields()
,getMethods()
,getConstructors()
之类的方法基本上全都可以望文生义了。
我们可以看一下Android开发中经常用的对于ActionBar,让Overflow中的选项显示图标这一效果是怎么做出来的:
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/* overflow中的Action按钮应不应该显示图标, 是由MenuBuilder这个类的setOptionalIconsVisible方法来决定的, 如果我们在overflow被展开的时候给这个方法传入true, 那么里面的每一个Action按钮对应的图标就都会显示出来了。 */ @Override public boolean onMenuOpened( int featureId, Menu menu) { if (featureId == Window.FEATURE_ACTION_BAR && menu != null ) { if (menu.getClass().getSimpleName().equals( "MenuBuilder" )) { try { // Boolean.TYPE 同 boolean.class Method m = menu.getClass().getDeclaredMethod( "setOptionalIconsVisible" , Boolean.TYPE); // 通过setAccessible(true),确保可以调用方法——即使是private方法 m.setAccessible( true ); // 相当于:menu.setOptionalIconsVisible(true) m.invoke(menu, true ); } catch (Exception e) { } } } return super .onMenuOpened(featureId, menu); } |
×拓展:动态代理×
Java中对于反射的一处重要使用为动态代理,可以参考这篇IBM developerworks的文章
http://www.importnew.com/21211.html
本文目录
- 什么是Java反射,有什么用?
- Java Class文件的结构
- Java Class加载的过程
- 反射在native的实现
- 附录
1. 什么是Java反射,有什么用?
反射使程序代码能够接入装载到JVM中的类的内部信息,允许在编写与执行时,而不是源代码中选定的类协作的代码,是以开发效率换运行效率的一种手段。这使反射成为构建灵活应用的主要工具。
反射可以:
- 调用一些私有方法,实现黑科技。比如双卡短信发送、设置状态栏颜色、自动挂电话等。
- 实现序列化与反序列化,比如PO的ORM,Json解析等。
- 实现跨平台兼容,比如JDK中的SocketImpl的实现
- 通过xml或注解,实现依赖注入(DI),注解处理,动态代理,单元测试等功能。比如Retrofit、Spring或者Dagger
2. Java Class文件的结构
在*.class文件中,以Byte流的形式进行Class的存储,通过一系列Load,Parse后,Java代码实际上可以映射为下图的结构体,这里可以用javap
命令或者IDE插件进行查看。
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typedef struct { u4 magic; /*0xCAFEBABE*/ u2 minor_version; /*网上有表可查*/ u2 major_version; /*网上有表可查*/ u2 constant_pool_count; cp_info constant_pool[constant_pool_count- 1 ]; u2 access_flags; u2 this_class; u2 super_class; u2 interfaces_count; u2 interfaces[interfaces_count]; //重要 u2 fields_count; field_info fields[fields_count]; //重要 u2 methods_count; method_info methods[methods_count]; u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count]; }ClassBlock; |
- 常量池(constant pool):类似于C中的DATA段与BSS段,提供常量、字符串、方法名等值或者符号(可以看作偏移定值的指针)的存放
- access_flags: 对Class的flag修饰
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typedef
enum
{
ACC_PUBLIC =
0x0001
,
ACC_FINAL =
0x0010
,
ACC_SUPER =
0x0020
,
ACC_INTERFACE =
0x0200
,
ACC_ACSTRACT =
0x0400
}AccessFlag
- this class/super class/interface: 一个长度为u2的指针,指向常量池中真正的地址,将在Link阶段进行符号解引。
- filed: 字段信息,结构体如下
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typedef struct fieldblock { char *name; char *type; char *signature; u2 access_flags; u2 constant; union { union { char data[ 8 ]; uintptr_t u; long long l; void *p; int i; } static_value; u4 offset; } u; } FieldBlock; |
- method: 提供descriptor, access_flags, Code等索引,并指向常量池:
它的结构体如下,详细在这里
123456789method_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
//the parameters that the method takes and the
//value that it return
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
以上具体内容可以参考
3. Java Class加载的过程
Class的加载主要分为两步
- 第一步通过ClassLoader进行读取、连结操作
- 第二步进行Class的
<clinit>()
初始化。
3.1. Classloader加载过程
ClassLoader用于加载、连接、缓存Class,可以通过纯Java或者native进行实现。在JVM的native代码中,ClassLoader内部维护着一个线程安全的HashTable<String,Class>
,用于实现对Class字节流解码后的缓存,如果HashTable中已经有了缓存,则直接返回缓存;反之,在获得类名后,通过读取文件、网络上的class字节流反序列化为JVM中native的C结构体,接着malloc内存,并将指针缓存在HashTable中。
下面是非数组情况下ClassLoader的流程
- find/load: 将文件反序列化为C结构体。
- link: 根据Class结构体常量池进行符号的解引。比如对象计算内存空间,创建方法表,native invoker,接口方法表,finalizer函数等工作。
3.2. 初始化过程
当ClassLoader加载Class结束后,将进行Class的初始化操作。主要执行<clinit()>
的静态代码段与静态变量(取决于源码顺序)。
1234567891011121314public
class
Sample {
//step.1
static
int
b =
2
;
//step.2
static
{
b =
3
;
}
public
static
void
main(String[] args) {
Sample s =
new
Sample();
System.out.println(s.b);
//b=3
}
}
具体参考如下:
在完成初始化后,就是Object的构造<init>
了,本文暂不讨论。
4. 反射在native的实现
反射在Java中可以直接调用,不过最终调用的仍是native方法,以下为主流反射操作的实现。
4.1. Class.forName的实现
Class.forName可以通过包名寻找Class对象,比如Class.forName("java.lang.String")
。
在JDK的源码实现中,可以发现最终调用的是native方法forName0()
,它在JVM中调用的实际是findClassFromClassLoader()
,原理与ClassLoader的流程一样,具体实现已经在上面介绍过了。
4.2. getDeclaredFields的实现
在JDK源码中,可以知道class.getDeclaredFields()
方法实际调用的是native方法getDeclaredFields0()
,它在JVM主要实现步骤如下
- 根据Class结构体信息,获取
field_count
与fields[]
字段,这个字段早已在load过程中被放入了 - 根据
field_count
的大小分配内存、创建数组 - 将数组进行forEach循环,通过
fields[]
中的信息依次创建Object对象 - 返回数组指针
主要慢在如下方面
- 创建、计算、分配数组对象
- 对字段进行循环赋值
4.3. Method.invoke的实现
以下为无同步、无异常的情况下调用的步骤
- 创建Frame
- 如果对象flag为native,交给native_handler进行处理
- 在frame中执行java代码
- 弹出Frame
- 返回执行结果的指针
主要慢在如下方面
- 需要完全执行ByteCode而缺少JIT等优化
- 检查参数非常多,这些本来可以在编译器或者加载时完成
4.4. class.newInstance的实现
- 检测权限、预分配空间大小等参数
- 创建Object对象,并分配空间
- 通过Method.invoke调用构造函数(
<init>()
) - 返回Object指针
主要慢在如下方面
- 参数检查不能优化或者遗漏
<init>()
的查表- Method.invoke本身耗时
5. 附录
5.1. JVM与源码阅读工具的选择
初次学习JVM时,不建议去看Android Art、Hotspot等重量级JVM的实现,它内部的防御代码很多,还有android与libcore、bionic库紧密耦合,以及分层、内联甚至能把编译器的语义分析绕进去,因此找一个教学用的、嵌入式小型的JVM有利于节约自己的时间。因为以前折腾过OpenWrt,听过有大神推荐过jamvm,只有不到200个源文件,非常适合学习。
在工具的选择上,个人推荐SourceInsight。对比了好几个工具clion,vscode,sublime,sourceinsight,只有sourceinsight对索引、符号表的解析最准确。
5.2. 关于几个ClassLoader
参考这里
ClassLoader0:native的classloader,在JVM中用C写的,用于加载rt.jar的包,在Java中为空引用。
ExtClassLoader: 用于加载JDK中额外的包,一般不怎么用
AppClassLoader: 加载自己写的或者引用的第三方包,这个最常见
例子如下
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//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@4b67cf4d //which class you create or jars from thirdParty //第一个非常有歧义,但是它的确是AppClassLoader ClassLoader.getSystemClassLoader(); com.test.App.getClass().getClassLoader(); Class.forName( "ccom.test.App" ).getClassLoader() //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66d3c617 //Class loaded in ext jar Class.forName( "sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService" ) //null, class loaded in rt.jar String. class .getClassLoader() Class.forName( "java.lang.String" ).getClassLoader() Class.forName( "java.lang.Class" ).getClassLoader() Class.forName( "apple.launcher.JavaAppLauncher" ).getClassLoader() |
最后就是getContextClassLoader()
,它在Tomcat中使用,通过设置一个临时变量,可以向子类ClassLoader去加载,而不是委托给ParentClassLoader
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ClassLoader originalClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); try { Thread.currentThread().setContextClassLoader(getClass().getClassLoader()); // call some API that uses reflection without taking ClassLoader param } finally { Thread.currentThread().setContextClassLoader(originalClassLoader); } |
最后还有一些自定义的ClassLoader,实现加密、压缩、热部署等功能,这个是大坑,晚点再开。
5.3. 反射是否慢?
在Stackoverflow上认为反射比较慢的程序员主要有如下看法
- 验证等防御代码过于繁琐,这一步本来在link阶段,现在却在计算时进行验证
- 产生很多临时对象,造成GC与计算时间消耗
- 由于缺少上下文,丢失了很多运行时的优化,比如JIT(它可以看作JVM的重要评测标准之一)
当然,现代JVM也不是非常慢了,它能够对反射代码进行缓存以及通过方法计数器同样实现JIT优化,所以反射不一定慢。
更重要的是,很多情况下,你自己的代码才是限制程序的瓶颈。因此,在开发效率远大于运行效率的的基础上,大胆使用反射,放心开发吧。
参考文献
- http://www.codeceo.com/article/reflect-bad.html
- http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/43452969
- http://codekk.com/open-source-project-analysis/detail/Android/Trinea/%E5%85%AC%E5%85%B1%E6%8A%80%E6%9C%AF%E7%82%B9%E4%B9%8BJava%20%E6%B3%A8%E8%A7%A3%20Annotation
- http://www.trinea.cn/android/java-annotation-android-open-source-analysis/
http://www.importnew.com/21189.html
深入分析Java ClassLoader原理
一、什么是ClassLoader?
大家都知道,当我们写好一个Java程序之后,不是管是CS还是BS应用,都是由若干个.class文件组织而成的一个完整的Java应用程序,当程序在运行时,即会调用该程序的一个入口函数来调用系统的相关功能,而这些功能都被封装在不同的class文件当中,所以经常要从这个class文件中要调用另外一个class文件中的方法,如果另外一个文件不存在的,则会引发系统异常。而程序在启动的时候,并不会一次性加载程序所要用的所有class文件,而是根据程序的需要,通过Java的类加载机制(ClassLoader)来动态加载某个class文件到内存当中的,从而只有class文件被载入到了内存之后,才能被其它class所引用。所以ClassLoader就是用来动态加载class文件到内存当中用的。
二、Java默认提供的三个ClassLoader
- BootStrap ClassLoader:称为启动类加载器,是Java类加载层次中最顶层的类加载器,负责加载JDK中的核心类库,如:rt.jar、resources.jar、charsets.jar等,可通过如下程序获得该类加载器从哪些地方加载了相关的jar或class文件:
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URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for
(
int
i =
0
; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i].toExternalForm());
}
以下内容是上述程序从本机JDK环境所获得的结果:
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/classes/
其实上述结果也是通过查找sun.boot.class.path这个系统属性所得知的。1System.out.println(System.getProperty(
"sun.boot.class.path"
));
打印结果:C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes
- Extension ClassLoader:称为扩展类加载器,负责加载Java的扩展类库,默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
- App ClassLoader:称为系统类加载器,负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件。
注意: 除了Java默认提供的三个ClassLoader之外,用户还可以根据需要定义自已的ClassLoader,而这些自定义的ClassLoader都必须继承自java.lang.ClassLoader类,也包括Java提供的另外二个ClassLoader(Extension ClassLoader和App ClassLoader)在内,但是Bootstrap ClassLoader不继承自ClassLoader,因为它不是一个普通的Java类,底层由C++编写,已嵌入到了JVM内核当中,当JVM启动后,Bootstrap ClassLoader也随着启动,负责加载完核心类库后,并构造Extension ClassLoader和App ClassLoader类加载器。
三、ClassLoader加载类的原理
1、原理介绍
ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索类的,每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用(不是继承的关系,是一个包含的关系),虚拟机内置的类加载器(Bootstrap ClassLoader)本身没有父类加载器,但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。当一个ClassLoader实例需要加载某个类时,它会试图亲自搜索某个类之前,先把这个任务委托给它的父类加载器,这个过程是由上至下依次检查的,首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载,如果没加载到,则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载,如果也没加载到,则转交给App ClassLoader 进行加载,如果它也没有加载得到的话,则返回给委托的发起者,由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。如果它们都没有加载到这个类时,则抛出ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义,并将它加载到内存当中,最后返回这个类在内存中的Class实例对象。
2、为什么要使用双亲委托这种模型呢?
因为这样可以避免重复加载,当父亲已经加载了该类的时候,就没有必要子ClassLoader再加载一次。考虑到安全因素,我们试想一下,如果不使用这种委托模式,那我们就可以随时使用自定义的String来动态替代java核心api中定义的类型,这样会存在非常大的安全隐患,而双亲委托的方式,就可以避免这种情况,因为String已经在启动时就被引导类加载器(Bootstrcp ClassLoader)加载,所以用户自定义的ClassLoader永远也无法加载一个自己写的String,除非你改变JDK中ClassLoader搜索类的默认算法。
3、 但是JVM在搜索类的时候,又是如何判定两个class是相同的呢?
JVM在判定两个class是否相同时,不仅要判断两个类名是否相同,而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下,JVM才认为这两个class是相同的。就算两个class是同一份class字节码,如果被两个不同的ClassLoader实例所加载,JVM也会认为它们是两个不同class。比如网络上的一个Java类org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple,javac编译之后生成字节码文件NetClassLoaderSimple.class,ClassLoaderA和ClassLoaderB这两个类加载器并读取了NetClassLoaderSimple.class文件,并分别定义出了java.lang.Class实例来表示这个类,对于JVM来说,它们是两个不同的实例对象,但它们确实是同一份字节码文件,如果试图将这个Class实例生成具体的对象进行转换时,就会抛运行时异常java.lang.ClassCaseException,提示这是两个不同的类型。现在通过实例来验证上述所描述的是否正确:
1)、在web服务器上建一个org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple.java类
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package org.classloader.simple; public class NetClassLoaderSimple { private NetClassLoaderSimple instance; public void setNetClassLoaderSimple(Object obj) { this .instance = (NetClassLoaderSimple)obj; } } |
org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple类的setNetClassLoaderSimple方法接收一个Object类型参数,并将它强制转换成org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple类型。
2)、测试两个class是否相同(NetWorkClassLoader.java)
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package classloader; public class NewworkClassLoaderTest { public static void main(String[] args) { try { //测试加载网络中的class文件 String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes" ; String className = "org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple" ; NetworkClassLoader ncl1 = new NetworkClassLoader(rootUrl); NetworkClassLoader ncl2 = new NetworkClassLoader(rootUrl); Class<?> clazz1 = ncl1.loadClass(className); Class<?> clazz2 = ncl2.loadClass(className); Object obj1 = clazz1.newInstance(); Object obj2 = clazz2.newInstance(); clazz1.getMethod( "setNetClassLoaderSimple" , Object. class ).invoke(obj1, obj2); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } |
首先获得网络上一个class文件的二进制名称,然后通过自定义的类加载器NetworkClassLoader创建两个实例,并根据网络地址分别加载这份class,并得到这两个ClassLoader实例加载后生成的Class实例clazz1和clazz2,最后将这两个Class实例分别生成具体的实例对象obj1和obj2,再通过反射调用clazz1中的setNetClassLoaderSimple方法。
3)、查看测试结果
结论:从结果中可以看出,虽然是同一份class字节码文件,但是由于被两个不同的ClassLoader实例所加载,所以JVM认为它们就是两个不同的类。
4、ClassLoader的体系架构:
验证ClassLoader加载类的原理:
测试1:打印ClassLoader类的层次结构,请看下面这段代码:
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ClassLoader loader = ClassLoaderTest. class .getClassLoader(); //获得加载ClassLoaderTest.class这个类的类加载器 while (loader != null ) { System.out.println(loader); loader = loader.getParent(); //获得父类加载器的引用 } System.out.println(loader); |
打印结果:
第一行结果说明:ClassLoaderTest的类加载器是AppClassLoader。
第二行结果说明:AppClassLoader的类加器是ExtClassLoader,即parent=ExtClassLoader。
第三行结果说明:ExtClassLoader的类加器是Bootstrap ClassLoader,因为Bootstrap ClassLoader不是一个普通的Java类,所以ExtClassLoader的parent=null,所以第三行的打印结果为null就是这个原因。
测试2:将ClassLoaderTest.class打包成ClassLoaderTest.jar,放到Extension ClassLoader的加载目录下(JAVA_HOME/jre/lib/ext),然后重新运行这个程序,得到的结果会是什么样呢?
打印结果:
打印结果分析:
为什么第一行的结果是ExtClassLoader呢?
因为ClassLoader的委托模型机制,当我们要用ClassLoaderTest.class这个类的时候,AppClassLoader在试图加载之前,先委托给Bootstrcp ClassLoader,Bootstracp ClassLoader发现自己没找到,它就告诉ExtClassLoader,兄弟,我这里没有这个类,你去加载看看,然后Extension ClassLoader拿着这个类去它指定的类路径(JAVA_HOME/jre/lib/ext)试图加载,唉,它发现在ClassLoaderTest.jar这样一个文件中包含ClassLoaderTest.class这样的一个文件,然后它把找到的这个类加载到内存当中,并生成这个类的Class实例对象,最后把这个实例返回。所以ClassLoaderTest.class的类加载器是ExtClassLoader。
第二行的结果为null,是因为ExtClassLoader的父类加载器是Bootstrap ClassLoader。
测试3:用Bootstrcp ClassLoader来加载ClassLoaderTest.class,有两种方式:
1、在jvm中添加-Xbootclasspath参数,指定Bootstrcp ClassLoader加载类的路径,并追加我们自已的jar(ClassTestLoader.jar)
2、将class文件放到JAVA_HOME/jre/classes/目录下(上面有提到)
方式1:(我用的是Eclipse开发工具,用命令行是在java命令后面添加-Xbootclasspath参数)
打开Run配置对话框:
配置好如图中所述的参数后,重新运行程序,产的结果如下所示:(类加载的过程,只摘下了一部份)
打印结果:
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[Loaded java.io.FileReader from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded sun.nio.cs.StreamDecoder from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.ArrayList from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.lang.reflect.Array from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.Locale from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.ConcurrentMap from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.locks.Lock from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractOwnableSynchronizer from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$Sync from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$Node from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.lang.CharacterDataLatin1 from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.io.ObjectStreamClass from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded sun.net.www.ParseUtil from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.BitSet from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.net.Parts from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.net.URLStreamHandler from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded sun.net.www.protocol.file.Handler from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.util.HashSet from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded sun.net.www.protocol.jar.Handler from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded sun.misc.Launcher$AppClassLoader from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded sun.misc.Launcher$AppClassLoader$ 1 from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.lang.SystemClassLoaderAction from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Path C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\classes] [Loaded classloader.ClassLoaderTest from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\classes] null //这是打印的结果 C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar; C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\jsse.jar; C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\charsets.jar; C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\classes;c:\ClassLoaderTest.jar //这一段是System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));打印出来的。这个路径就是Bootstrcp ClassLoader默认搜索类的路径 [Loaded java.lang.Shutdown from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] [Loaded java.lang.Shutdown$Lock from C:\Program Files\Java\jdk1. 6 .0_22\jre\lib\rt.jar] |
方式2:将ClassLoaderTest.jar解压后,放到JAVA_HOME/jre/classes目录下,如下图所示:
提示:jre目录下默认没有classes目录,需要自己手动创建一个
打印结果:
从结果中可以看出,两种方式都实现了将ClassLoaderTest.class由Bootstrcp ClassLoader加载成功了。
四、定义自已的ClassLoader
既然JVM已经提供了默认的类加载器,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.ClassLoader
2、重写父类的findClass方法
读者可能在这里有疑问,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。下图是API中ClassLoader的loadClass方法:
示例:自定义一个NetworkClassLoader,用于加载网络上的class文件
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package classloader; import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.io.InputStream; import java.net.URL; /** * 加载网络class的ClassLoader */ public class NetworkClassLoader extends ClassLoader { private String rootUrl; public NetworkClassLoader(String rootUrl) { this .rootUrl = rootUrl; } @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { Class clazz = null ; //this.findLoadedClass(name); // 父类已加载 //if (clazz == null) { //检查该类是否已被加载过 byte [] classData = getClassData(name); //根据类的二进制名称,获得该class文件的字节码数组 if (classData == null ) { throw new ClassNotFoundException(); } clazz = defineClass(name, classData, 0 , classData.length); //将class的字节码数组转换成Class类的实例 //} return clazz; } private byte [] getClassData(String name) { InputStream is = null ; try { String path = classNameToPath(name); URL url = new URL(path); byte [] buff = new byte [ 1024 * 4 ]; int len = - 1 ; is = url.openStream(); ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); while ((len = is.read(buff)) != - 1 ) { baos.write(buff, 0 ,len); } return baos.toByteArray(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { if (is != null ) { try { is.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } return null ; } private String classNameToPath(String name) { return rootUrl + "/" + name.replace( "." , "/" ) + ".class" ; } } |
测试类:
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package classloader; public class ClassLoaderTest { public static void main(String[] args) { try { /*ClassLoader loader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader(); //获得ClassLoaderTest这个类的类加载器 while(loader != null) { System.out.println(loader); loader = loader.getParent(); //获得父加载器的引用 } System.out.println(loader);*/ String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes" ; NetworkClassLoader networkClassLoader = new NetworkClassLoader(rootUrl); String classname = "org.classloader.simple.NetClassLoaderTest" ; Class clazz = networkClassLoader.loadClass(classname); System.out.println(clazz.getClassLoader()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } |
打印结果:
下图是我机器上web服务器的目录结构:
目前常用web服务器中都定义了自己的类加载器,用于加载web应用指定目录下的类库(jar或class),如:Weblogic、Jboss、tomcat等,下面我以Tomcat为例,展示该web容器都定义了哪些个类加载器:
1、新建一个web工程httpweb
2、新建一个ClassLoaderServletTest,用于打印web容器中的ClassLoader层次结构
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import java.io.IOException; import java.io.PrintWriter; import javax.servlet.ServletException; import javax.servlet.http.HttpServlet; import javax.servlet.http.HttpServletRequest; import javax.servlet.http.HttpServletResponse; public class ClassLoaderServletTest extends HttpServlet { public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { response.setContentType( "text/html" ); PrintWriter out = response.getWriter(); ClassLoader loader = this .getClass().getClassLoader(); while (loader != null ) { out.write(loader.getClass().getName()+ "" ); loader = loader.getParent(); } out.write(String.valueOf(loader)); out.flush(); out.close(); } public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { this .doGet(request, response); } } |
3、配置Servlet,并启动服务
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<? xml version = "1.0" encoding = "UTF-8" ?> < web-app version = "2.4" xmlns = "http://java.sun.com/xml/ns/j2ee" xmlns:xsi = "http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee http://java.sun.com/xml/ns/j2ee/web-app_2_4.xsd"> < servlet > < servlet-name >ClassLoaderServletTest</ servlet-name > < servlet-class >ClassLoaderServletTest</ servlet-class > </ servlet > < servlet-mapping > < servlet-name >ClassLoaderServletTest</ servlet-name > < url-pattern >/servlet/ClassLoaderServletTest</ url-pattern > </ servlet-mapping > < welcome-file-list > < welcome-file >index.jsp</ welcome-file > </ welcome-file-list > </ web-app > |
4、访问Servlet,获得显示结果