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ClassLoader 隔离性的基石是 namespace,证明给你看

作者:小小怪下士
  • 2022-12-19
    湖南
  • 本文字数:3212 字

    阅读完需:约 11 分钟

一、背景

朋友:在我知识体系中ClassLoader的双亲委派机制是流畅丝滑的,可是看到通过委派执行类加载来保障这种分治能力,进而达到了类资源的隔离性突然就感觉有点陌生和排斥呢?


我:类的命名空间有了解嘛?


朋友:你是说package嘛?


我:我说的是ClassLoader中的 nameSpace


朋友:啥玩意儿?


本篇是对ClassLoader中的namespace做个直观的介绍和验证。这个知识点笔者个人认为很重要,多次帮助笔者解决日常工作中遇到的疑难杂症,如果你尚未认真研究过ClassLoader,但懵懂的认知让你觉得这个应该很简单,那请看下图,若看不懂则表明你可能并不了解ClassLoader中得一些关键逻辑;不贩卖焦虑,不感兴趣则忽略,知道个大概即可,不会它并不影响你做一个优秀的程序员。


二、Classloader 的分治和委派机制

上下文同步,已了解这部分的读者朋友可直接跳过,进过第三小节。


ClassLoader 是个抽象类,其子类 UrlClassLoader 引入 URL 资源概念,以此方式来约束自己只加载 URL 覆盖范围内的类文件;ExtClassLoaderAppClassLoader 都是 UrlClassLoader 的子类,各自分管的资源路径不同,即给定的 URL 不同则管辖范围不同,并通过委派执行类加载来保障这种分治能力,进而达到了类资源的隔离性。



上图是标准的委派机制,总结为 2 个方面:


  1. 父加载器能加载 父加载器来加载:

  2. 自己在加载资源之前,先让父类加载器去加载。父类再找其父类,直到BootStrapClassLoader(它没有父类加载器)。

  3. 保证了等级越高,加载的优先权越高

  4. 父加载器不加载 我就来加载(findClass);我加载不了的子加载器来加载:

  5. 若父类加载器没有加载成功,才逐级下放这个加载权。

  6. 子类加载器不能加载父类加载器能加载的类,如 java.lang.String ,即使用户自己编造一份这个类型,启动类加载器优先将 java.lang.String 加载成功后,应用类加载器就不会再加载用户自己编造的。


下图描述了 SkyWalking Agent 通过自定义的类加载器AgentClassLoader 加载插件中的类,不会对宿主应用中的类产生污染。


三、namespace是什么?

每个类加载器都对应一个namespace,汉化叫命名空间(我个人其实更喜欢汉化为名字空间),命名空间由该加载器及所有父类加载器所加载的类组成。这样的介绍很抽象,网络资料中也多是这么几句话,我会从更多的细粒度视角带您进一步了解它。

3.1 同一个命名空间中,类只加载一份

比如AppClassLoader加载程序中编写的类。无论加载多少次,只要是被AppClassLoader加载的,其Class信息的hashcode都是相同的。

3.2 子加载器可见父加载器加载的类

这个更容易举例,核心类库的类由BootStrapClassLoder 加载的,比如String;由AppClassLoader所加载的类,都能使用String对吧?

3.3 父加载器不可见子加载器所加载的类

SPI技术的诞生也是这个原因,什么是SPI:程序运行过程中要用到的类,通过当前类加载器自动加载,加载不到(不在当前类加载器的类资源管辖范围),如果要使用这个类,必须指定一个能够加载这个类的加载器去加载,而怎么获取这个加载器是个问题。程序都是在线程中执行,那么从线程的上下文中去拿最合理,所以就诞生了线程上下文类加载器,这中场景下加载器就得采用非自动加载,即通过 forName 或者 loadClass 的方式去加载类。


下边通过示例+科技来验证加载不到的情况


示例中有Parent类,Son类。Parent类中有个getSon方法中,会使用到Son类。 编译后,在classpath下,把Son类移到自定义子加载器的资源目录中,让AppClassLoader无法加载。达到我们的运行环境要求:


  1. ParentAppClassLoader加载

  2. Son由自定义的子加载器加载.

  3. 调用ParentgetSon方法的时候要new Son(),这样会触发Son类的加载,但是加载不到Son类,报错信息为:java.lang.NoClassDefFoundError: com/rock/Son


public class Parent {
private Object son;
public Object getSon(){ return new Son(); } public Object setSon(Object son){ this.son = son; return this.son; }} public class Son {}
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/**     * 父加载器加载不了,子加载器所加载的类,     * 父加载器加载Parent     * 子加载器加载son     * Parent#getSon 方法里 new Son()对象.//报错,找不到Son的类定义.     */
@Test public void testParentCanntFindSon(){ CustomClassLoader01 customClassLoader01 = new CustomClassLoader01(ClassLoader.getSystemClassLoader()); try { Class<?> classParent = customClassLoader01.loadClass("com.rock.Parent"); System.out.println("classParent:" + classParent.getClassLoader()); Class<?> classSon = customClassLoader01.loadClass("com.rock.Son"); System.out.println("classSon:" + classSon.getClassLoader()); Object objParent = classParent.newInstance();
Object objSon = classSon.newInstance();
Method setSon = classParent.getMethod("setSon",Object.class); Object resultSon = setSon.invoke(objParent, objSon); System.out.println(resultSon.getClass()); System.out.println(resultSon.getClass().getClassLoader());
try { Method getSon = classParent.getMethod("getSon"); Object invoke = getSon.invoke(objParent); System.out.println(invoke.getClass().getClassLoader()); }catch (Exception exp){ //java.lang.NoClassDefFoundError: com/rock/Son exp.printStackTrace(); } }catch (Exception exp){ exp.printStackTrace(); } }
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3.4 不同命名空间的类互相不可见

这个特征也通过实例来验证一下,自定义类加载器 new 出来两个实例,每个实例各自加载一次Man类,通过newInstance方式实例化出两个对象,对象之间互相调用setFather赋值就会报错。即 a 空间的不识别 b 空间的类,即使全限定名相同也不识别。这种特性所导致的坑你踩到过嘛?


public class Man {    private Man father;    public void setFather(Object obj){        father = (Man)obj;    }}
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 @Test    public void testSifferentNamespaceClass(){        CustomClassLoader01 customClassLoader01 = new CustomClassLoader01(ClassLoader.getSystemClassLoader());        CustomClassLoader01 customClassLoader02 = new CustomClassLoader01(ClassLoader.getSystemClassLoader());        try {            Class<?> aClass1 = customClassLoader01.loadClass("com.rock.Man");            System.out.println("class1 : " + aClass1.getClassLoader());            System.out.println("class1 : " + aClass1.);
Class<?> aClass2 = customClassLoader02.loadClass("com.rock.Man"); System.out.println("class2 : " + aClass1.getClassLoader()); System.out.println("class2 : " + aClass2); Object man1 = aClass1.newInstance(); Object man2 = aClass2.newInstance(); Method setFather = aClass1.getMethod("setFather", Object.class); setFather.invoke(man1,man2);
}catch (Exception exp){ exp.printStackTrace(); } }
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class1 : com.rock.classLoader.CustomClassLoader01@1f28c152class1 : 2006034581class2 : com.rock.classLoader.CustomClassLoader01@1f28c152class2 : 488044861...Caused by: java.lang.ClassCastException: com.rock.Man cannot be cast to com.rock.Man  at com.rock.Man.setFather(Man.java:6)  ... 27 more
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