Java 类的加载和多版本控制

类加载器(ClassLoader)是通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。

在类加载的第一阶段“加载”过程中,需要通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流,完成这个动作的代码块就是类加载器

类的唯一性

类加载器虽然只用于实现类的加载动作,但是对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器这个类本身共同确立其在Java虚拟机中的唯一性

通俗的说,JVM中两个类是否“相等”,首先就必须是同一个类加载器加载的,否则,即使这两个类来源于同一个Class文件,被同一个虚拟机加载,只要类加载器不同,那么这两个类必定是不相等的。

双亲委派模型

Java虚拟机角度来说,只存在两种不同的类加载器:

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现(HotSpot虚拟机中),是虚拟机自身的一部分;
  • 其他的类加载器,这些类加载器都有Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全部继承自java.lang.ClassLoader

开发者的角度,类加载器可以细分为:

  • 启动(Bootstrap)类加载器:负责将Java_Home/lib下面的类库加载到内存中(比如rt.jar)。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节,开发者无法直接获取到启动类加载器的引用,所以不允许直接通过引用进行操作。
  • 标准扩展(Extension)类加载器:是由Sun的ExtClassLoader(sun.misc.Launcher$ExtClassLoader)实现的。它负责将Java_Home/lib/ext或者由系统变量java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。
  • 应用程序(Application)类加载器:是由Sun的AppClassLoader(sun.misc.Launcher$AppClassLoader)实现的。它负责将系统类路径(CLASSPATH)中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加载器。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,因此一般称为系统(System)加载器

破坏双亲委派模型

TomcatJDBCJNDIThread.currentThread().setContextClassLoader()等都违反了双亲委托。

Tomcat类加载

Tomcat作为一个web容器,需要保证web容器之间的互不影响。

容器之间隔离性:

  • 保证每个应用的类库都是独立的,保证相互隔离;
  • 部署在不同web容器中相同的类库相同的版本可以共享;
  • 基于安全考虑,应该让容器的类库和程序的类库隔离开来。

Tomcat为了上面的隔离性问题,没有遵守双亲委派这个约定,每个webappClassLoader加载自己的目录下的class文件不会传递给父类加载器

Tomcat的类加载过程:

  1. 在本地缓存中查找是否已经加载过该类;
  2. 委托Appication类加载器尝试加载该类(为了防止一些基础类会被web中的类覆盖);
  3. 委托WebApp应用的类加载器将自行加载(违反了双亲委托机制),如果加载到则返回;
  4. 委托父类Common类加载器(违反了双亲委托机制)去加载。

SPI

双亲委派存在的问题?SPI为什么出现?

在实际开发场景中,存在一些组件或扩展的实现由应用来具体实现的。可以理解为,系统类提供了通用的接口,具体实现需要应用来实现并且加载。

SPI(Service Provider Interface)是Java提供的一套用来被第三方实现或者扩展的API,它可以用来启用框架扩展和替换组件。

JDBC违背了双亲委派模型?

JDBC4.0之前,连接数据库的时候,通常会用Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")加载数据库相关的驱动,然后再进行获取连接等的操作。
JDBC4.0之后不需要Class.forName来加载驱动,直接获取连接即可,这里使用了Java的SPI扩展机制来实现。

OSGI

OSGi(Open Service Gateway Initiative)是Java动态化模块化系统的一系列规范。

bundle是开发、部署 OSGi 应用的基本单元,可以认识一个功能模块,最重要的是每个bundle都有单独的类加载器(这也是解决多版本冲突的重点)。

为什么需要动态化模块?
版本化bundle可以版本化,多版本能够共存而不会影响系统功能;
热插拔bundle能够进行即时的更新,服务可以根据需要动态增加或者删除;

OSGI可以通过仅暴露服务,不同bundle可以依赖各自版本的jar包来解决java多版本冲突的问题。

在Java9中提供了模块化特性

阿里有一款未开源的Pandora中间件,同样利用了模块化思想。