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Java中怎么實(shí)現(xiàn)類隔離加載？

Java中怎么實(shí)現(xiàn)類隔離加載？，很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來(lái)學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

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一 什么是類隔離技術(shù)

只要你 Java 代碼寫的足夠多，就一定會(huì)出現(xiàn)這種情況：系統(tǒng)新引入了一個(gè)中間件的 jar 包，編譯的時(shí)候一切正常，一運(yùn)行就報(bào)錯(cuò)：java.lang.NoSuchMethodError，然后就哼哧哼哧的開始找解決方法，最后在幾百個(gè)依賴包里面找的眼睛都快瞎了才找到?jīng)_突的 jar，把問(wèn)題解決之后就開始吐槽中間件為啥搞那么多不同版本的 jar，寫代碼五分鐘，排包排了一整天。

上面這種情況就是 Java 開發(fā)過(guò)程中常見的情況，原因也很簡(jiǎn)單，不同 jar 包依賴了某些通用 jar 包（如日志組件）的版本不一樣，編譯的時(shí)候沒(méi)問(wèn)題，到了運(yùn)行時(shí)就會(huì)因?yàn)榧虞d的類跟預(yù)期不符合導(dǎo)致報(bào)錯(cuò)。舉個(gè)例子：A 和 B 分別依賴了 C 的 v1 和 v2 版本，v2 版本的 Log 類比 v1 版本新增了 error 方法，現(xiàn)在工程里面同時(shí)引入了 A、B 兩個(gè) jar 包，以及 C 的 v0.1、v0.2 版本，打包的時(shí)候 maven 只能選擇一個(gè) C 的版本，假設(shè)選擇了 v1 版本。到了運(yùn)行的時(shí)候，默認(rèn)情況下一個(gè)項(xiàng)目的所有類都是用同一個(gè)類加載器加載的，所以不管你依賴了多少個(gè)版本的 C，最終只會(huì)有一個(gè)版本的 C 被加載到 JVM 中。當(dāng) B 要去訪問(wèn) Log.error，就會(huì)發(fā)現(xiàn) Log 壓根就沒(méi)有 error 方法，然后就拋異常java.lang.NoSuchMethodError。這就是類沖突的一個(gè)典型案例。

Java中怎么實(shí)現(xiàn)類隔離加載？

類沖突的問(wèn)題如果版本是向下兼容的其實(shí)很好解決，把低版本的排除掉就完事了。但要是遇到版本不向下兼容的那就陷入了“救媽媽還是救女朋友”的兩難處境了。

為了避免兩難選擇，有人就提出了類隔離技術(shù)來(lái)解決類沖突的問(wèn)題。類隔離的原理也很簡(jiǎn)單，就是讓每個(gè)模塊使用獨(dú)立的類加載器來(lái)加載，這樣不同模塊之間的依賴就不會(huì)互相影響。如下圖所示，不同的模塊用不同的類加載器加載。為什么這樣做就能解決類沖突呢？這里用到了 Java 的一個(gè)機(jī)制：不同類加載器加載的類在 JVM 看來(lái)是兩個(gè)不同的類，因?yàn)樵?JVM 中一個(gè)類的唯一標(biāo)識(shí)是 類加載器+類名。通過(guò)這種方式我們就能夠同時(shí)加載 C 的兩個(gè)不同版本的類，即使它類名是一樣的。注意，這里類加載器指的是類加載器的實(shí)例，并不是一定要定義兩個(gè)不同類加載器，例如圖中的 PluginClassLoaderA 和 PluginClassLoaderB 可以是同一個(gè)類加載器的不同實(shí)例。

Java中怎么實(shí)現(xiàn)類隔離加載？

二 如何實(shí)現(xiàn)類隔離

前面我們提到類隔離就是讓不同模塊的 jar 包用不同的類加載器加載，要做到這一點(diǎn)，就需要讓 JVM 能夠使用自定義的類加載器加載我們寫的類以及其關(guān)聯(lián)的類。

那么如何實(shí)現(xiàn)呢？一個(gè)很簡(jiǎn)單的做法就是 JVM 提供一個(gè)全局類加載器的設(shè)置接口，這樣我們直接替換全局類加載器就行了，但是這樣無(wú)法解決多個(gè)自定義類加載器同時(shí)存在的問(wèn)題。

實(shí)際上 JVM 提供了一種非常簡(jiǎn)單有效的方式，我把它稱為類加載傳導(dǎo)規(guī)則：JVM 會(huì)選擇當(dāng)前類的類加載器來(lái)加載所有該類的引用的類。例如我們定義了 TestA 和 TestB 兩個(gè)類，TestA 會(huì)引用 TestB，只要我們使用自定義的類加載器加載 TestA，那么在運(yùn)行時(shí)，當(dāng) TestA 調(diào)用到 TestB 的時(shí)候，TestB 也會(huì)被 JVM 使用 TestA 的類加載器加載。依此類推，只要是 TestA 及其引用類關(guān)聯(lián)的所有 jar 包的類都會(huì)被自定義類加載器加載。通過(guò)這種方式，我們只要讓模塊的 main 方法類使用不同的類加載器加載，那么每個(gè)模塊的都會(huì)使用 main 方法類的類加載器加載的，這樣就能讓多個(gè)模塊分別使用不同類加載器。這也是 OSGi 和 SofaArk 能夠?qū)崿F(xiàn)類隔離的核心原理。

了解了類隔離的實(shí)現(xiàn)原理之后，我們從重寫類加載器開始進(jìn)行實(shí)操。要實(shí)現(xiàn)自己的類加載器，首先讓自定義的類加載器繼承 java.lang.ClassLoader，然后重寫類加載的方法，這里我們有兩個(gè)選擇，一個(gè)是重寫 findClass(String name)，一個(gè)是重寫 loadClass(String name)。那么到底應(yīng)該選擇哪個(gè)？這兩者有什么區(qū)別？

下面我們分別嘗試重寫這兩個(gè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義類加載器。

1 重寫 findClass

首先我們定義兩個(gè)類，TestA 會(huì)打印自己的類加載器，然后調(diào)用 TestB 打印它的類加載器，我們預(yù)期是實(shí)現(xiàn)重寫了 findClass 方法的類加載器 MyClassLoaderParentFirst 能夠在加載了 TestA 之后，讓 TestB 也自動(dòng)由 MyClassLoaderParentFirst 來(lái)進(jìn)行加載。

public class TestA {

    public static void main(String[] args) {
        TestA testA = new TestA();
        testA.hello();
    }

    public void hello() {
        System.out.println("TestA: " + this.getClass().getClassLoader());
        TestB testB = new TestB();
        testB.hello();
    }
}

public class TestB {

    public void hello() {
        System.out.println("TestB: " + this.getClass().getClassLoader());
    }
}

然后重寫一下 findClass 方法，這個(gè)方法先根據(jù)文件路徑加載 class 文件，然后調(diào)用 defineClass 獲取 Class 對(duì)象。

public class MyClassLoaderParentFirst extends ClassLoader{

    private Map<String, String> classPathMap = new HashMap<>();

    public MyClassLoaderParentFirst() {
        classPathMap.put("com.java.loader.TestA", "/Users/hansong/IdeaProjects/OhMyJava/CodeRepository/target/classes/com/java/loader/TestA.class");
        classPathMap.put("com.java.loader.TestB", "/Users/hansong/IdeaProjects/OhMyJava/CodeRepository/target/classes/com/java/loader/TestB.class");
    }

    // 重寫了 findClass 方法
    @Override
    public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        String classPath = classPathMap.get(name);
        File file = new File(classPath);
        if (!file.exists()) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        byte[] classBytes = getClassData(file);
        if (classBytes == null || classBytes.length == 0) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        return defineClass(classBytes, 0, classBytes.length);
    }

    private byte[] getClassData(File file) {
        try (InputStream ins = new FileInputStream(file); ByteArrayOutputStream baos = new
                ByteArrayOutputStream()) {
            byte[] buffer = new byte[4096];
            int bytesNumRead = 0;
            while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) {
                baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
            }
            return baos.toByteArray();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return new byte[] {};
    }
}

最后寫一個(gè) main 方法調(diào)用自定義的類加載器加載 TestA，然后通過(guò)反射調(diào)用 TestA 的 main 方法打印類加載器的信息。

public class MyTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyClassLoaderParentFirst myClassLoaderParentFirst = new MyClassLoaderParentFirst();
        Class testAClass = myClassLoaderParentFirst.findClass("com.java.loader.TestA");
        Method mainMethod = testAClass.getDeclaredMethod("main", String[].class);
        mainMethod.invoke(null, new Object[]{args});
    }

執(zhí)行的結(jié)果如下：

TestA: com.java.loader.MyClassLoaderParentFirst@1d44bcfa
TestB: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

執(zhí)行的結(jié)果并沒(méi)有如我們期待，TestA 確實(shí)是 MyClassLoaderParentFirst 加載的，但是 TestB 還是 AppClassLoader 加載的。這是為什么呢？

要回答這個(gè)問(wèn)題，首先是要了解一個(gè)類加載的規(guī)則：JVM 在觸發(fā)類加載時(shí)調(diào)用的是 ClassLoader.loadClass 方法。這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)了雙親委派：

  • 委托給父加載器查詢

  • 如果父加載器查詢不到，就調(diào)用 findClass 方法進(jìn)行加載

明白了這個(gè)規(guī)則之后，執(zhí)行的結(jié)果的原因就找到了：JVM 確實(shí)使用了MyClassLoaderParentFirst 來(lái)加載 TestB，但是因?yàn)殡p親委派的機(jī)制，TestB 被委托給了 MyClassLoaderParentFirst 的父加載器 AppClassLoader 進(jìn)行加載。

你可能還好奇，為什么 MyClassLoaderParentFirst 的父加載器是 AppClassLoader？因?yàn)槲覀兌x的 main 方法類默認(rèn)情況下都是由 JDK 自帶的 AppClassLoader 加載的，根據(jù)類加載傳導(dǎo)規(guī)則，main 類引用的 MyClassLoaderParentFirst 也是由加載了 main 類的AppClassLoader 來(lái)加載。由于 MyClassLoaderParentFirst 的父類是 ClassLoader，ClassLoader 的默認(rèn)構(gòu)造方法會(huì)自動(dòng)設(shè)置父加載器的值為 AppClassLoader。

protected ClassLoader() {
    this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());
}

2 重寫 loadClass

由于重寫 findClass 方法會(huì)受到雙親委派機(jī)制的影響導(dǎo)致 TestB 被 AppClassLoader 加載，不符合類隔離的目標(biāo)，所以我們只能重寫 loadClass 方法來(lái)破壞雙親委派機(jī)制。代碼如下所示：

public class MyClassLoaderCustom extends ClassLoader {

    private ClassLoader jdkClassLoader;

    private Map<String, String> classPathMap = new HashMap<>();

    public MyClassLoaderCustom(ClassLoader jdkClassLoader) {
        this.jdkClassLoader = jdkClassLoader;
        classPathMap.put("com.java.loader.TestA", "/Users/hansong/IdeaProjects/OhMyJava/CodeRepository/target/classes/com/java/loader/TestA.class");
        classPathMap.put("com.java.loader.TestB", "/Users/hansong/IdeaProjects/OhMyJava/CodeRepository/target/classes/com/java/loader/TestB.class");
    }

    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        Class result = null;
        try {
            //這里要使用 JDK 的類加載器加載 java.lang 包里面的類
            result = jdkClassLoader.loadClass(name);
        } catch (Exception e) {
            //忽略
        }
        if (result != null) {
            return result;
        }
        String classPath = classPathMap.get(name);
        File file = new File(classPath);
        if (!file.exists()) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }

        byte[] classBytes = getClassData(file);
        if (classBytes == null || classBytes.length == 0) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        return defineClass(classBytes, 0, classBytes.length);
    }

    private byte[] getClassData(File file) { //省略 }

}

這里注意一點(diǎn)，我們重寫了 loadClass 方法也就是意味著所有類包括 java.lang 包里面的類都會(huì)通過(guò) MyClassLoaderCustom 進(jìn)行加載，但類隔離的目標(biāo)不包括這部分 JDK 自帶的類，所以我們用 ExtClassLoader 來(lái)加載 JDK 的類，相關(guān)的代碼就是：result = jdkClassLoader.loadClass(name);

測(cè)試代碼如下：

public class MyTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //這里取AppClassLoader的父加載器也就是ExtClassLoader作為MyClassLoaderCustom的jdkClassLoader
        MyClassLoaderCustom myClassLoaderCustom = new MyClassLoaderCustom(Thread.currentThread().getContextClassLoader().getParent());
        Class testAClass = myClassLoaderCustom.loadClass("com.java.loader.TestA");
        Method mainMethod = testAClass.getDeclaredMethod("main", String[].class);
        mainMethod.invoke(null, new Object[]{args});
    }
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

TestA: com.java.loader.MyClassLoaderCustom@1d44bcfa
TestB: com.java.loader.MyClassLoaderCustom@1d44bcfa

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