Java 进阶之 - ClassLoader 热部署及其他

0. 几个问题

Java 初级开发工程师经常会遇到的问题:

  • 1.Class.forName("com.jdbc.mysql.xxx")是在做什么?
  • 2.读取配置文件的 this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("t.conf"),为什么要这么做?
  • 3.听说过类加载的双亲委托模型,双亲这个概念是啥东东?
  • 4.Java 工程为什么修改了代码,需要重启才能生效?重启是做了哪些操作?
  • 5.听说 tomcat 可以实现热部署,如何实现?

1. 什么是 ClassLoader - 类加载?

JVM 的输入是符合 JVM 规范的字节码(例如经 javac 编译 .java 文件生成的 .class(类)),输出是实际执行指令;
简单来说:字节码(类)加载到 JVM 内存中,完成一些初始化操作,并转换成 java.lang.Class类的一个实例。这个过程就成为类加载。当然实际的类加载还做了很多事儿,具体见下文。

到这里问题 1 2 就可以解释下了:

问题 1 :Class.forName("com.jdbc.mysql.xxx") 是在做什么?

显示的方式指定,在运行时加载某个类,这是类加载动态性的一种表现。

问题 2:读取配置文件的 this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("t.conf"),为什么要这么做?

实际的 ClassLoader 也支持加载资源文件到 JVM(实际上不管是 .class 还是 .properties 都是文件),直接把资源文件读成流加载,这种方式只需要把资源文件放到 classpath 中即可,因为不管是加载什么,都是从 classpath 中加载。

2. ClassLoader 做了哪些事?

主要有 3 个阶段:loading -> linking -> initalization,如下图所示:


image.png

2.1 loading 阶段

通过一定策略(双亲委派?)加载字节码生成 class 对象。字节码来源可以是本地的字节码文件也可以是网络字节流。

加载存储二进制数据(例如: fully qualified class-name, immediate parent class-name, information about methods, variables, constructors etc.)到 JVM 方法区。对于每个.class 文件,JVM 创建一个类对象(java.lang.class)到 JVM 堆,不管多少次调用,类对象只生成一次。

主要有三种类型的 ClassLoader 。bootstrap -> extension -> application。具体 classloader 过程下面会讲述。

2.2 lingking 阶段

  • 验证:目的在于确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求,不会危害虚拟机自身安全。主要包括四种验证,文件格式验证,元数据验证,字节码验证,符号引用验证。

  • 准备:为类变量 (即 static 修饰的字段变量) 分配内存并且设置该类变量的初始值即 0 (如 static int i=5;这里只将 i 初始化为 0,至于 5 的值将在初始化时赋值),这里不包含用 final 修饰的 static,因为final在编译的时候就会分配了,注意这里不会为实例变量分配初始化,类变量会分配在方法区中,而实例变量是会随着对象一起分配到 Java 堆中。

  • 解析:主要将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是一组符号来描述目标,可以是任何字面量,而直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。有类或接口的解析,字段解析,类方法解析,接口方法解析。

2.3 initalization 阶段

类加载最后阶段,若该类具有超类,则对其进行初始化,执行静态初始化器和静态初始化成员变量 (如前面只初始化了默认值的 static 变量将会在这个阶段赋值,成员变量也将被初始化)。

3.classloader 怎么加载?什么是双亲委派?

回到问题 3:

3.听说过类加载的双亲委托模型,双亲这个概念是啥东东?

实际上问题 3 中说的双亲委派 翻译容易引起歧义。Parents delegation model,个人认为翻译成:“父类委派模型” 更好,是一种递归的模式寻找父加载器,一直找到顶部 bootstrap classloader,父加载不到就依次回溯到子加载器。


image.png

几个类加载器严格定义的父子委托关系,这样可以保证每个类只会被一个 类加载器 只加载一次。

4. classloader 应用 - 谈谈热部署

之前做 java web 开发的时候,修改了代码,不能实时更新,很恼火,每次都要重新编译打包运行。
热部署的本质,简单的理解,是在运行中实时增加、替换 JVM 中的类文件而无需重启 JVM。
实时监听
动态替换

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