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深入Java虚拟机(番外篇)ClassLoader 初探

本篇文章是在深入Java虚拟机(四)的基础上产生的一些想法,从另一个方面研究下类加载问题。

面向接口编程

在项目工程目录定义了一个获取钱包余额的接口,而作为普通人会返回50大洋,供你吃喝玩乐。

public interface Pocket {
int getBalance();
}
public class NormalUser implements Pocket{
@Override
public int getBalance() {
return 50;
}
}
 

我在桌面编译了另一个版本的NormalUser,给我的钱包提提额度。

public class NormalUser implements Pocket{
@Override
public int getBalance() {
return 50000;
}
}
 

现在我想改善下生活品质,于是我做了下面的事情:

在项目中自定义一个类加载器:

public class LocalClassLoader extends ClassLoader {
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
String path = "/Users/lijie/Desktop/NormalUser.class";
try {
FileInputStream ins = new FileInputStream(path);
int size = ins.available();
byte[] clazzBytes = new byte[size];
if (ins.read(clazzBytes) > 0) {
return defineClass("hua.lee.classloader.NormalUser", clazzBytes, 0, size);
} else {
throw new ClassNotFoundException();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
throw new ClassNotFoundException();
}
}
 

LocalClassLoader写的比较死板,但是挣钱的思路是有了的。。。。

LocalClassLoader重写了 findClass方法,没有重写loadClass,这样双亲委托机制还有效。对于系统中查找不到的类型,都会走到这里,而在findClass方法中,我就会把桌面的NormalUser加载进来。

我们看下测试代码:

public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
Class<?> clazz = Class.forName("hua.lee.classloader.NormalUser");
System.out.println("系统自带 ClassLoader=" + clazz.getClassLoader());
Pocket pocket = (Pocket) clazz.newInstance();
System.out.println("系统自带:"+pocket.getBalance());
//没有重写 loadClass,维持双亲委派机制
LocalClassLoader lcl = new LocalClassLoader();
//我们加个后缀名,这样双亲委托查找失败了,就调用LocalClassLoader.findClass 方法加载
//其实 findClass 方法还是加载 NormalUser类,只是换了个位置和方式:
//defineClass("hua.lee.classloader.NormalUser", clazzBytes, 0, size);
Class<?> clazzOut02 = lcl.loadClass("hua.lee.classloader.NormalUser_Temp");
//双亲委托机制先检查当前类加载器中有没有这个类的 Class 实例,没有的话再搜寻父类,
//查找到 hua.lee.classloader.NormalUser 的 Class 实例,就返回该对象
Class<?> clazzOut01 = lcl.loadClass("hua.lee.classloader.NormalUser");
System.out.println("clazzOut01 自定义 ClassLoader=" + clazzOut01.getClassLoader());
pocket = (Pocket) clazzOut01.newInstance();
System.out.println("clazzOut01 自定义加载器获取余额:"+pocket.getBalance());
System.out.println("clazzOut02 自定义 ClassLoader=" + clazzOut02.getClassLoader());
pocket = (Pocket) clazzOut02.newInstance();
System.out.println("clazzOut02 自定义加载器获取余额:"+pocket.getBalance());
System.out.println(clazz==clazzOut01);
System.out.println(clazz==clazzOut02);
System.out.println(clazzOut01==clazzOut02);
}
 

控制台输出是这样的:

系统自带 ClassLoader=sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
系统自带:50
clazzOut01 自定义 ClassLoader=hua.lee.classloader.LocalClassLoader@60e53b93
clazzOut01 自定义加载器获取余额:50000
clazzOut02 自定义 ClassLoader=hua.lee.classloader.LocalClassLoader@60e53b93
clazzOut02 自定义加载器获取余额:50000
false   //clazz==clazzOut01
false   //clazz==clazzOut02
true    //clazzOut01==clazzOut02
 

感觉找到了致富的方向。虚拟机里的加载约束没看到呢.

面向抽象类编程

上面的致富之路好像很顺利,那我们尝试用如下的方式:

public abstract class Pocket {
abstract int getBalance();
}
public class NormalUser extends Pocket{
@Override
public int getBalance() {
return 50;
}
}
 

同样,我在桌面编译了一个富人版本:

public class NormalUser extends Pocket{
@Override
public int getBalance() {
return 50000;
}
}
 

LocalClassLoader和测试代码没变,但是打印结果确实这样的:

系统自带 ClassLoader=sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
系统自带:50
clazzOut01 自定义 ClassLoader=hua.lee.classloader.LocalClassLoader@60e53b93
Exception in thread "main" java.lang.AbstractMethodError
at hua.lee.classloader.ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:25)
 

虚拟机在解析抽象类实现接口实现的时候有什么区别么

不成熟的推测

首先面向接口中的模式应该是躲过了装载约束的,或者虚拟机设计上是支持接口这么搞的。

既然提示AbstractMethodError,那我把测试代码改一下,不再用抽象类Pocket,直接指向NormalUser:

public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
Class<?> clazz = Class.forName("hua.lee.classloader.NormalUser");
System.out.println("系统自带 ClassLoader=" + clazz.getClassLoader());
//请注意此处⬇️
NormalUser pocket = (NormalUser) clazz.newInstance();
//请注意此处⬆️
System.out.println("系统自带:"+pocket.getBalance());
//没有重写 loadClass,维持双亲委派机制
LocalClassLoader lcl = new LocalClassLoader();
//我们加个后缀名,这样双亲委托查找失败了,就调用LocalClassLoader.findClass 方法加载
//其实 findClass 方法还是加载 NormalUser类,只是换了个位置和方式:
//defineClass("hua.lee.classloader.NormalUser", clazzBytes, 0, size);
Class<?> clazzOut02 = lcl.loadClass("hua.lee.classloader.NormalUser_Temp");
//双亲委托机制会自动搜寻父类,
//查找到 hua.lee.classloader.NormalUser 的 Class 实例,就返回该对象
Class<?> clazzOut01 = lcl.loadClass("hua.lee.classloader.NormalUser");
System.out.println("clazzOut01 自定义 ClassLoader=" + clazzOut01.getClassLoader());
pocket = (NormalUser) clazzOut01.newInstance();
System.out.println("clazzOut01 自定义加载器获取余额:"+pocket.getBalance());
System.out.println("clazzOut02 自定义 ClassLoader=" + clazzOut02.getClassLoader());
pocket = (NormalUser) clazzOut02.newInstance();
System.out.println("clazzOut02 自定义加载器获取余额:"+pocket.getBalance());
System.out.println(clazz==clazzOut01);
System.out.println(clazz==clazzOut02);
System.out.println(clazzOut01==clazzOut02);
}
}
 

惊喜的事情来了,输出变成了下面这样:

系统自带 ClassLoader=sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
系统自带:50
clazzOut01 自定义 ClassLoader=hua.lee.classloader.LocalClassLoader@60e53b93
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: hua.lee.classloader.NormalUser cannot be cast to hua.lee.classloader.NormalUser
at hua.lee.classloader.ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:24)
 

这个异常说明了一个问题我们自定义加载进来的hua.lee.classloader.NormalUser不是虚拟机想要的hua.lee.classloader.NormalUser

第一个问题:虚拟机怎么知道这两个NormalUser不一样的?

定义类装载器有关系,同一个全限定名的类型,如果不是同一个定义类装载器,虚拟机就认为不是同一个类型。(按照装载约束应该报错的)

啥是定义类装载器?就是真正把 class 文件装载进来的那个ClassLoader

第二个问题:为什么接口可以这样跑呢?

那是因为面向接口实现的版本没有明确指名类型NormalUser,类型转换都是按照Pocket类型执行方法,虚拟机自动查找接口类型的实现。只要是Pocket的实现就行。

如果你把pocket = (Pocket) clazzOut01.newInstance();换成pocket = (NormalUser) clazzOut01.newInstance();,此时,面向接口的版本也会报ClassCastException

对于虚拟机来说,在接口的实现类,它并不 care 你的实现类的来源(哪个加载器加载的无所谓啦),符合接口定义就可以了。

但是当你指定类型转换的时候,它就要去做类型检查了。

第三个问题:抽象类为什么不行?

首先 YY 一下java.lang.AbstractMethodError

Pocket为抽象类时,根据抽象类的定义,要有特定实现类来执行。
而对于pocket = (Pocket) clazzOut01.newInstance();这句话,Pocket的强制类型转换是成功(因为Poket需要执行双亲委派逻辑,大家都是同一个Poket),但是当寻找实现类时就发现这个clazzOut01.newInstance()生出来的对象类型NormalUser不是自己想要的,虚拟机以为没有对应的实现,所以当执行到pocket.getBalance()时,虚拟机意味程序要单纯的执行Pocket的抽象方法,于是报错java.lang.AbstractMethodError

如果上面的理解了,那么java.lang.ClassCastException也就好理解了:

对于pocket = (NormalUser) clazzOut01.newInstance();这句话,虚拟机会把clazzOut01.newInstance()产生的对象强制转换为NormalUser,到这里就回到第一个问题的答案了:clazzOut01所代表的NormalUser和要强转的NormalUser不是一个类型,虚拟机就直接报错了

结语

为啥这个要有结语呢?

因为不成熟的推测真的是本人 YY 的结果,不敢保证真实有效。如有错误之处,还望不吝赐教。

下一篇会续上Java虚拟机(五)垃圾收集(老是感觉要写写垃圾分类啥的,猪都不能吃的那种)

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