什么是类加载器

⚫ 类加载器（ClassLoader）是Java虚拟机提供给应用程序去实现获取类和接口字节码数据的技术。

类加载器只参与加载过程中的字节码获取并加载到内存这一部分

类加载器的分类

类加载器分为两类，一类是Java代码中实现的，一类是Java虚拟机底层源码实现的。

⚫ 类加载器的设计JDK8和8之后的版本差别较大，JDK8及之前的版本中默认的类加载器有如下几种：

Arthas中类加载器相关的功能

⚫ 类加载器的详细信息可以通过classloader命令查看：

classloader - 查看 classloader 的继承树，urls，类加载信息，使用 classloader 去 getResource

类加载器的分类-启动类加载器

⚫ 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）是由Hotspot虚拟机提供的、使用C++编写的类加载器。

⚫ 默认加载Java安装目录/jre/lib下的类文件，比如rt.jar，tools.jar，resources.jar等。

通过启动类加载器去加载用户jar包：

放入jre/lib下进行扩展

不推荐，尽可能不要去更改JDK安装目录中的内容，会出现即时放进去由于文件名不匹配的问题也不会正常地被加载

使用参数进行扩展

推荐，使用-Xbootclasspath/a:jar包目录/jar包名进行扩展

类加载器的分类-Java中的默认类加载器

⚫ 扩展类加载器和应用程序类加载器都是JDK中提供的、使用Java编写的类加载器。

⚫ 它们的源码都位于sun.misc.Launcher中，是一个静态内部类。继承自URLClassLoader。具备通过目录或者指定jar包将字节码文件加载到内存中。

类加载器的分类-拓展类加载器

⚫ 扩展类加载器（Extension Class Loader）是JDK中提供的、使用Java编写的类加载器。

⚫ 默认加载Java安装目录/jre/lib/ext下的类文件。

通过扩展类加载器去加载用户jar包：

放入/jre/lib/ext下进行扩展

不推荐，尽可能不要去更改JDK安装目录中的内容

使用参数进行扩展

推荐，使用-Djava.ext.dirs=jar包目录进行扩展,这种方式会覆盖掉原始目录，可以用;(windows):(macos/linux)追加上原始目录

Arthas中类加载器相关的功能

⚫ 类加载器的加载路径可以通过classloader –c hash值查看：

类加载器的双亲委派机制

⚫ 每个Java实现的类加载器中保存了一个成员变量叫“父”（Parent）类加载器，可以理解为它的上级，并不是继承关系。

⚫ 应用程序类加载器的parent父类加载器是扩展类加载器，而扩展类加载器的parent是空。

⚫ 启动类加载器使用C++编写，没有上级类加载器。

Arthas中类加载器相关的功能

⚫ 类加载器的继承关系可以通过classloader –t 查看：

⚫ 在类加载的过程中，每个类加载器都会先检查是否已经加载了该类，如果已经加载则直接返回，否则会将加载请求委派给父类加载器。

⚫ 如果类加载的parent为null，则会提交给启动类加载器处理。

⚫ 如果所有的父类加载器都无法加载该类，则由当前类加载器自己尝试加载。所以看上去是自顶向下尝试加载。

⚫ 第二次再去加载相同的类，仍然会向上进行委派，如果某个类加载器加载过就会直接返回。

双亲委派机制指的是：自底向上查找是否加载过，再由顶向下进行加载。

双亲委派机制-解决三个问题

双亲委派机制的作用

1.保证类加载的安全性

通过双亲委派机制，让顶层的类加载器去加载核心类，避免恶意代码替换JDK中的核心类库，比如java.lang.String，确保核心类库的完整性和安全性。

2.避免重复加载

双亲委派机制可以避免同一个类被多次加载，上层的类加载器如果加载过类，就会直接返回该类，避免重复加载。

打破双亲委派机制

打破双亲委派机制–自定义类加载器

⚫ 一个Tomcat程序中是可以运行多个Web应用的，如果这两个应用中出现了相同限定名的类，比如Servlet类，Tomcat要保证这两个类都能加载并且它们应该是不同的类。

⚫ 如果不打破双亲委派机制，当应用类加载器加载Web应用1中的MyServlet之后，Web应用2中相同限定名的MyServlet类就无法被加载了。

⚫ Tomcat使用了自定义类加载器来实现应用之间类的隔离。

每一个应用会有一个独立的类加载器加载对应的类。

⚫ 先来分析ClassLoader的原理，ClassLoader中包含了4个核心方法。

⚫ 双亲委派机制的核心代码就位于loadClass方法中。

双亲委派机制核心代码阅读

⚫ 阅读双亲委派机制的核心代码，分析如何通过自定义的类加载器打破双亲委派机制。

⚫ 打破双亲委派机制的核心就是将下边这一段代码重新实现。

自定义类加载器父类怎么是AppClassLoader呢？

自定义类加载器默认的父类加载器

⚫ 以Jdk8为例，ClassLoader类中提供了构造方法设置parent的内容：

⚫ 这个构造方法由另外一个构造方法调用，其中父类加载器由getSystemClassLoader方法设置，该方法返回的是AppClassLoader。

两个自定义类加载器加载相同限定名的类，不会冲突吗？

⚫ 不会冲突，在同一个Java虚拟机中，只有相同类加载器+相同的类限定名才会被认为是同一个类。

⚫ 在Arthas中使用sc –d 类名的方式查看具体的情况。

打破双亲委派机制 – 自定义类加载器

⚫ 正确的去实现一个自定义类加载器的方式是重写findClass方法，这样不会破坏双亲委派机制。

打破双亲委派机制的第二种方法：JDBC案例

⚫ JDBC中使用了DriverManager来管理项目中引入的不同数据库的驱动，比如mysql驱动、oracle驱动。

⚫ DriverManager类位于rt.jar包中，由启动类加载器加载。

⚫ 依赖中的mysql驱动对应的类，由应用程序类加载器来加载。

⚫ DriverManager属于rt.jar是启动类加载器加载的。而用户jar包中的驱动需要由应用类加载器加载，这就违反了双亲委派机制。

⚫ DriverManage使用SPI机制，最终加载jar包中对应的驱动类。

SPI中是如何获取到应用程序类加载器的？

⚫ SPI中使用了线程上下文中保存的类加载器进行类的加载，这个类加载器一般是应用程序类加载器。

⚫ 1、启动类加载器加载DriverManager。

⚫ 2、在初始化DriverManager时，通过SPI机制加载jar包中的myql驱动。

⚫ 3、SPI中利用了线程上下文类加载器（应用程序类加载器）去加载类并创建对象。

⚫ 这种由启动类加载器加载的类，委派应用程序类加载器去加载类的方式，打破了双亲委派机制。

JDBC案例中真的打破了双亲委派机制吗？

打破了双亲委派机制

这种由启动类加载器加载的类，委派应用程序类加载器去加载类的方式，打破了双亲委派机制

没有打破双亲委派机制

JDBC只是在DriverManager加载完之后，通过初始化阶段触发了驱动类的加载，类的加载依然遵循双亲委派机制

打破双亲委派机制的第三种方法： OSGi模块化

⚫ 历史上，OSGi模块化框架。它存在同级之间的类加载器的委托加载。OSGi还使用类加载器实现了热部署的功能。

⚫ 热部署指的是在服务不停止的情况下，动态地更新字节码文件到内存中。

使用阿里arthas不停机解决线上问题

背景：

小李的团队将代码上线之后，发现存在一个小bug，但是用户急着使用，如果重新打包再发布需要一个多小时的时间，所以希望能使用arthas尽快的将这个问题修复。

思路：

1. 在出问题的服务器上部署一个 arthas，并启动。

2. jad --source-only 类全限定名 > 目录/文件名.java

jad 命令反编译，然后可以用其它编译器，比如 vim 来修改源码

3. mc –c 类加载器的hashcode 目录/文件名.java -d 输出目录

mc 命令用来编译修改过的代码

4. retransform class文件所在目录/xxx.class

用 retransform 命令加载新的字节码

注意事项：

1、程序重启之后，字节码文件会恢复，除非将class文件放入jar包中进行更新。

2、使用retransform不能添加方法或者字段，也不能更新正在执行中的方法。

JDK8及之前的类加载器

JDK8及之前的版本中，扩展类加载器和应用程序类加载器的源码位于rt.jar包中sun.misc.Launcher.java。

JDK8之后的类加载器

⚫ 由于JDK9引入了module的概念，类加载器在设计上发生了很多变化。

1.启动类加载器使用Java编写，位于jdk.internal.loader.ClassLoaders类中。

Java中的BootClassLoader继承自BuiltinClassLoader实现从模块中找到要加载的字节码资源文件。

启动类加载器依然无法通过java代码获取到，返回的仍然是null，保持了统一。

2、扩展类加载器被替换成了平台类加载器（Platform Class Loader）。

平台类加载器遵循模块化方式加载字节码文件，所以继承关系从URLClassLoader变成了

BuiltinClassLoader，BuiltinClassLoader实现了从模块中加载字节码文件。平台类加载器的存在更多的是

为了与老版本的设计方案兼容，自身没有特殊的逻辑。

总结

1.类加载器的作用是什么？

类加载器（ClassLoader）负责在类加载过程中的字节码获取并加载到内存这一部分。通过加载字节码数据放入内存转换成byte[]，接下来调用虚拟机底层方法将byte[]转换成方法区和堆中的数据。

2.有几种类加载器？

1.启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）加载核心类

2.扩展类加载器（Extension ClassLoader）加载扩展类

3.应用程序类加载器（Application ClassLoader）加载应用classpath中的类

4.自定义类加载器，重写findClass方法。

JDK9及之后扩展类加载器（Extension ClassLoader）变成了平台类加载器（Platform ClassLoader）

3、什么是双亲委派机制？

每个Java实现的类加载器中保存了一个成员变量叫“父”（Parent）类加载器。

自底向上查找是否加载过，再由顶向下进行加载。避免了核心类被应用程序重写并覆盖的问题，提升了安全性。

4、怎么打破双亲委派机制？

1、重写loadClass方法，不再实现双亲委派机制。

2、JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等框架使用了SPI机制+线程上下文类加载器。

3、OSGi实现了一整套类加载机制，允许同级类加载器之间互相调用。