如何處理JVM類加載機制及類緩存問題

這篇文章給大家分享的是有關如何處理JVM類加載機制及類緩存問題的內容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

前言

大家應該都知道，當一個Java項目啟動的時候，JVM會找到main方法，根據對象之間的調用來對class文件和所引用的jar包中的class文件進行加載（其步驟分為加載、驗證、準備、解析、初始化、使用和卸載），方法區中開辟內存來存儲類的運行時數據結構（包括靜態變量、靜態方法、常量池、類結構等），同時在堆中生成相應的Class對象指向方法區中對應的類運行時數據結構。

用最簡單的一句話來概括，類加載的過程就是JVM根據所需的class文件的路徑，通過IO流的方式來讀取class字節碼文件，并通過一系列解析初始化等步驟來注入到內存。 java中的類加載器有：BootstrapClassLoader（最上層）、ExtClassLoader、AppClassLoader、以及用戶自定義的ClassLoader（最下層）。JVM對于不同種類的jar包（或class文件），會有不同種類的類加載器進行加載。

對應關系如下：

BootstrapClassLoader  用于加載JVM運行所需要的類：

　　　　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 用于加載擴展類：　　

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

　　AppClassLoader 用于加載我們項目中ClassPath下所創建的類和jar包中引用的類。

整個類加載，是通過一種叫做雙親委派的機制來進行加載。

舉例來說，一個類被最下層的加載器（用戶自定義ClassLoader）進行加載，此加載器首先會調用上一層的加載器（AppClassLoader）進行加載，而AppClassLoader會繼續轉交給上層（ExtClassLoader）的加載器進行加載，直到BootstrapClassLoader。  如果BootstrapClassLoader所加載的類路徑找不到此類，那么才會交給下一層的加載器（ExtClassLoader）進行加載，如果找不到此類，繼續交給下一層（AppClassLoader）進行加載。以此類推，如果用戶自定義的ClassLoader也找不到此類，那么程序就會拋出一個ClassNotFoundError。

整個加載過程圖示如下：

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

類加載源的源碼跟蹤如下（在此對源碼進行了適當的簡化），讀者可以點入源碼進行查看：

package java.lang.ClassLoader;
import ....
 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
  throws ClassNotFoundException
 {
  synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
   // First，在虛擬機內存中查找是否已經加載過此類...類緩存的主要問題所在！！！ 
   Class<?> c = findLoadedClass(name);
   if (c == null) {
    long t0 = System.nanoTime();
    try {
     if (parent != null) {
　　　　　　　　　　　　　　 //先讓上一層加載器進行加載
      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) {
　　　　　　　　　　　　//調用此類加載器所實現的findClass方法進行加載
     c = findClass(name);
    }
   }
   if (resolve) {
    resolveClass(c);
   }
   return c;
  }
 }

在源碼中可以完全領略到雙親委派機制的過程，其中最重要的三句代碼已經進行了標注：

• 　　　　findLoadedClass（在虛擬機內存中查找是否已經加載過此類...類緩存的主要問題所在！！！）

• 　　　　parent.loadClass（先讓上一層加載器進行加載）

• 　　　　findClass（調用此類加載器所實現的findClass方法進行加載）

　　如果用戶需要自定義加載器，加載自己指定路徑的class文件，需要繼承ClassLoader，并實現findClass(String name)方法。舉例如下：

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;
 }
 /**
  * 重寫父類的findClass 方法。 父類的loadClass會調用此方法
  */
 @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;
 }　
　　 // 將class文件通過IO流讀取，轉化為字節數組
 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;
 }
}

對類加載器的使用代碼如下：

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

如果 用同一個 ServiceClassLoader 對象去加載同一個Class文件多次，每次加載后的Class對象為同一個！ 然而如果new不同的自定義ClassLoader去加載同一個Class文件，則每次會返回不同的Class對象。

注意： 不能將所要加載的Class文件放到classpath目錄及其任何子目錄下，否則會被AppClassLoader優先加載 （這是由于類加載采用雙親委派機制，同時AppClassLoader可以加載所有在classpath下的class文件）， 每次都是同一個AppClassLoader進行加載，因此會出現類緩存問題。

這樣就解決了通常在JVM類加載時，直接使用反射出現的類緩存的問題。

感謝各位的閱讀！關于“如何處理JVM類加載機制及類緩存問題”這篇文章就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，讓大家可以學到更多知識，如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到吧！