jvm2类加载器子系统与SPI

类加载器子系统分两节课讲解：类加载、类加载器

上节课已经深入讲解了类加载，这节课开始讲解类加载器

类加载器子系统 = 三层类加载器 + 双亲委派

类加载器

JVM中有两种类型的类加载器，由C++编写的及由Java编写的。除了启动类加载器（Bootstrap Class Loader）是由C++编写的，其他都是由Java编写的。由Java编写的类加载器都继承自类java.lang.ClassLoader。

JVM还支持自定义类加载器。后面会将。

各种类加载器之间存在着逻辑上的父子关系，但不是真正意义上的父子关系，因为它们直接没有从属关系。

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启动类加载器

因为启动类加载器是由C++编写的，通过Java程序去查看显示的是null

因此，启动类加载器无法被Java程序调用

启动类加载器不像其他类加载器有实体，它是没有实体的，JVM将C++处理类加载的一套逻辑定义为启动类加载器

查看启动类加载器的加载路径

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URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (URL urL : urLs) {
    System.out.println(urL);
}

也可以通过-Xbootclasspath指定

从openjdk源码

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int JNICALL
JavaMain(void * _args)
{
	……
    mainClass = LoadMainClass(env, mode, what);
    ……
}

static jclass
LoadMainClass(JNIEnv *env, int mode, char *name)
{
    jmethodID mid;
    jstring str;
    jobject result;
    jlong start, end;
    jclass cls = GetLauncherHelperClass(env);
    NULL_CHECK0(cls);
    if (JLI_IsTraceLauncher()) {
        start = CounterGet();
    }
    NULL_CHECK0(mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls,
                "checkAndLoadMain",
                "(ZILjava/lang/String;)Ljava/lang/Class;"));

    str = NewPlatformString(env, name);
    CHECK_JNI_RETURN_0(
        result = (*env)->CallStaticObjectMethod(
            env, cls, mid, USE_STDERR, mode, str));

    if (JLI_IsTraceLauncher()) {
        end   = CounterGet();
        printf("%ld micro seconds to load main class\n",
               (long)(jint)Counter2Micros(end-start));
        printf("----%s----\n", JLDEBUG_ENV_ENTRY);
    }

    return (jclass)result;
}

jclass
GetLauncherHelperClass(JNIEnv *env)
{
    if (helperClass == NULL) {
        NULL_CHECK0(helperClass = FindBootStrapClass(env,
                "sun/launcher/LauncherHelper"));
    }
    return helperClass;
}

jclass
FindBootStrapClass(JNIEnv *env, const char* classname)
{
   if (findBootClass == NULL) {
       findBootClass = (FindClassFromBootLoader_t *)dlsym(RTLD_DEFAULT,
          "JVM_FindClassFromBootLoader");
       if (findBootClass == NULL) {
           JLI_ReportErrorMessage(DLL_ERROR4,
               "JVM_FindClassFromBootLoader");
           return NULL;
       }
   }
   return findBootClass(env, classname);
}

JVM_ENTRY(jclass, JVM_FindClassFromBootLoader(JNIEnv* env,
                                              const char* name))
  JVMWrapper2("JVM_FindClassFromBootLoader %s", name);

  // Java libraries should ensure that name is never null...
  if (name == NULL || (int)strlen(name) > Symbol::max_length()) {
    // It's impossible to create this class;  the name cannot fit
    // into the constant pool.
    return NULL;
  }

  TempNewSymbol h_name = SymbolTable::new_symbol(name, CHECK_NULL);
  Klass* k = SystemDictionary::resolve_or_null(h_name, CHECK_NULL);
  if (k == NULL) {
    return NULL;
  }

  if (TraceClassResolution) {
    trace_class_resolution(k);
  }
  return (jclass) JNIHandles::make_local(env, k->java_mirror());
JVM_END

这套逻辑做的事情就是通过启动类加载器加载类sun.launcher.LauncherHelper，执行该类的方法checkAndLoadMain，加载main函数所在的类，启动扩展类加载器、应用类加载器也是在这个时候完成的

扩展类加载器

查看类加载器加载的路径

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public static void main(String[] args) {
    ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();

    URLClassLoader urlClassLoader = (URLClassLoader) classLoader;

    URL[] urls = urlClassLoader.getURLs();
    for (URL url : urls) {
        System.out.println(url);
    }
}

可以通过java.ext.dirs指定

应用类加载器

默认加载用户程序的类加载器

查看类加载器加载的路径

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public static void main(String[] args) {
    String[] urls = System.getProperty("java.class.path").split(":");

    for (String url : urls) {
        System.out.println(url);
    }

    System.out.println("================================");

    URLClassLoader classLoader = (URLClassLoader) ClassLoader.getSystemClassLoader();

    URL[] urls1 = classLoader.getURLs();
    for (URL url : urls1) {
        System.out.println(url);
    }
}

可以通过java.class.path指定

自定义类加载器

继承类java.lang.ClassLoader

具体细节见课堂上操作实战

线程上下文类加载器

类加载器创建链

上面已经讲了启动类加载器没有实体，只是将一段加载逻辑命名成启动类加载器。启动类加载器做的事情是：加载类sun.launcher.LauncherHelper，执行该类的方法checkAndLoadMain……启动类、扩展类、应用类加载器逻辑上的父子关系就是在这个方法的调用链中生成的？

1、\openjdk\jdk\src\share\classes\sun\launcher\LauncherHelper.java

核心代码：ClassLoader.getSystemClassLoader();

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public enum LauncherHelper {
……
	private static final ClassLoader scloader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
……
    public static Class<?> checkAndLoadMain(boolean printToStderr,
                                            int mode,
                                            String what) {
        ……
        mainClass = scloader.loadClass(cn);
    	……

2、\openjdk\jdk\src\share\classes\java\lang\ClassLoader.java

核心代码：sun.misc.Launcher.getLauncher();

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   public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
       initSystemClassLoader();
       if (scl == null) {
           return null;
       }
       SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
       if (sm != null) {
           checkClassLoaderPermission(scl, Reflection.getCallerClass());
       }
       return scl;
   }

private static synchronized void initSystemClassLoader() {
       if (!sclSet) {
           if (scl != null)
               throw new IllegalStateException("recursive invocation");
           sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher();
       ……

3、\openjdk\jdk\src\share\classes\sun\misc\Launcher.java

核心代码：

  • private static Launcher launcher = new Launcher();

  • extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader();

  • loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);

  • Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader);

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public class Launcher {
    private static URLStreamHandlerFactory factory = new Factory();
    private static Launcher launcher = new Launcher();
    private static String bootClassPath =
        System.getProperty("sun.boot.class.path");

    public static Launcher getLauncher() {
        return launcher;
    }

    private ClassLoader loader;

    public Launcher() {
        // Create the extension class loader
        ClassLoader extcl;
        try {
            extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader();
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create extension class loader", e);
        }

        // Now create the class loader to use to launch the application
        try {
            loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create application class loader", e);
        }

        // Also set the context class loader for the primordial thread.
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader);
    ……

4、扩展类加载器的创建流程

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public static ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException
        {
       ……
                            return new ExtClassLoader(dirs);
  ……
  
  public ExtClassLoader(File[] dirs) throws IOException {
            super(getExtURLs(dirs), null, factory);
        }
        
   URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent,
                   AccessControlContext acc) {

第二个参数传的是null，其实就是parent=null

5、应用类加载器的创建流程

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public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader extcl)
            throws IOException {
    final String s = System.getProperty("java.class.path");
    final File[] path = (s == null) ? new File[0] : getClassPath(s);

    // Note: on bugid 4256530
    // Prior implementations of this doPrivileged() block supplied
    // a rather restrictive ACC via a call to the private method
    // AppClassLoader.getContext(). This proved overly restrictive
    // when loading  classes. Specifically it prevent
    // accessClassInPackage.sun.* grants from being honored.
    //
    return AccessController.doPrivileged(
        new PrivilegedAction<AppClassLoader>() {
            public AppClassLoader run() {
                URL[] urls =
                    (s == null) ? new URL[0] : pathToURLs(path);
                return new AppClassLoader(urls, extcl);
            }
        });
}
        
AppClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent) {
    super(urls, parent, factory);
}

应用类、扩展类加载器的父子关系就是这样建立的

类加载器加载的类如何存储

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双亲委派

如果一个类加载器收到了加载某个类的请求,则该类加载器并不会去加载该类,而是把这个请求委派给父类加载器,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的类加载请求最终都会传送到顶端的启动类加载器;只有当父类加载器在其搜索范围内无法找到所需的类,并将该结果反馈给子类加载器,子类加载器会尝试去自己加载。

每个类加载器的搜索范围上面已经讲过了

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打破双亲委派

因为在某些情况下父类加载器需要委托子类加载器去加载class文件。受到加载范围的限制，父类加载器无法加载到需要的文件，以Driver接口为例，由于Driver接口定义在jdk当中的，而其实现由各个数据库的服务商来提供，比如mysql的就写了MySQL Connector，那么问题就来了，DriverManager（也由jdk提供）要加载各个实现了Driver接口的实现类，然后进行管理，但是DriverManager由启动类加载器加载，只能记载JAVA_HOME的lib下文件，而其实现是由服务商提供的，由系统类加载器加载，这个时候就需要启动类加载器来委托子类来加载Driver实现，从而破坏了双亲委派。

类似这样的情况就需要打破双亲委派。

打破双亲委派的意思其实就是不委派、向下委派

自定义类加载器

SPI

是一种服务发现机制。它通过在ClassPath路径下的META-INF/services文件夹查找文件，自动加载文件里所定义的类。这一机制为很多框架扩展提供了可能，比如在Dubbo、JDBC中都使用到了SPI机制

线程上下文类加载器

1、是什么

一种特殊的类加载器，可以通过Thread获取，基于此可实现逆向委托加载

2、为什么

为了解决双亲委派的缺陷而生

3、怎么做

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//获取
Thread.currentThread().getContextClassLoader()
    
// 设置
Thread.currentThread().setContextClassLoader(new Classloader_4());

沙箱安全

跟Linux的权限机制有点像

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看openjdk源码会看到有这样的判断AccessController.doPrivileged

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随便搜了一下，35个文件有80处安全判断

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比如我定义了一个类名为String所在包为java.lang，因为这个类本来是属于jdk的，如果没有沙箱安全机制的话，这个类将会污染到我所有的String,但是由于沙箱安全机制，所以就委托顶层的bootstrap加载器查找这个类，如果没有的话就委托extsion,extsion没有就到aapclassloader，但是由于String就是jdk的源代码，所以在bootstrap那里就加载到了，先找到先使用，所以就使用bootstrap里面的String,后面的一概不能使用，这就保证了不被恶意代码污染

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