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• 🏁 概述
• 🔧 功能
  • 1. ClassLoader委托关系的完备配置
    • 父子ClassLoader委托
    • 兄弟ClassLoader委托
  • 2. 常用类加载方式
• 🎨 使用场景
• 🍺 目标
• 📢 进阶目标
• 📚 相关资料
  • 已有的基于ClassLoader实现的隔离容器项目
  • 🔬 官方资料
    • ClassLoader
    • Permission
  • 🔖 二手资料
    • ClassLoader
  • ClassLoader实际应用
  • 安全
  • ClassLoader Memory Leak

🏁 概述

👉 一个简单的基于ClassLoader用于依赖隔离的容器实现。
# 在Java中依赖主要是Jar。

依赖容器自然涉及下面的问题：

• 可以从多处加载类，并分配不同的ClassLoader
• ClassLoader之间有继承关系
  ClassLoader的继承关系会是一个树
• 类加载会在上下级ClassLoader之间有委托关系，如：
  • 是否允许在上级ClassLoader中查找类。
    即是否 委托。
  • 允许在上级ClassLoader查找哪些类/包。
    即可以配置 委托 的粒度。
  • 只允许在某级ClassLoader查找哪些类/包，会忽略这级ClassLoader的下级ClassLoader中这些类/包，不允许子ClassLoader。
    即必须 委托。

🔧 功能

1. ClassLoader委托关系的完备配置

父子ClassLoader委托

完备委托关系可以先分析只有父子2层ClassLoader间委托关系的情况。

某个类的加载在两层父子ClassLoader间委托关系，按是否加载排列组合一共有4种情况：

• 父不加载，子不加载【00】
  可以用来显式禁止某些类的加载。
  实际应用中应该 很少 会用到。
• 父不加载，子加载【01】
  子自理，父里即使包含了相同的类也不会污染子。实际场景：
  • 用来Tomcat容器自用Lib，不会影响到的Web应用。
• 父加载，子不加载【10】
  一定使用的父的类。实际场景：
  • Tomcat容器的Servlet API，不允许被Web应用改写。
• 父加载，子加载【11】
  两者可以加载的情况下，按谁优先分成2个Case：
  • 父优先。【Parent-Child】
    即是Java缺省的委托策略，代理模式（Delegation Mode）。
    这个委托策略可以保证Java核心库的类型优先加载，Java核心库的类的加载工作由引导类加载器来统一完成，保证了Java应用所使用的都是同一个版本的Java核心库的类，是互相兼容的。
  • 子优先。【Child-Parent】
    这种委托关系比较复杂，有引起类版本混乱的风险！💣
    实际应用中应该 避免 这种委托关系。 🙅

ℹ️
关于子优先【Child-Parent】类版本混乱的风险的细节原因看了后面参考资料就清楚了，这里只说一个简单例子：
子里有类Wheel；父里有类Car、Wheel；类Car引用了类Wheel。
子加载类Car里通过实际是父来加载（子中没有这个类），返回的Car所引用Wheel是用Car的ClassLoader即父来加载。
子中直接使用Wheel时，由子来加载（子里有Wheel类）。
结果Car引用的类Wheel和子直接使用的类Wheel的ClassLoader不同，即类型不兼容，看起来正确的赋值会抛出的ClassCastException！

上面【11】的情况分成2个子Case，合起来一共有5种情况。

委托关系可以统一描述成：

1. None
2. Child-Only
3. Parent-Only
4. Parent-Child
5. Child-Parent

按上面说明的2层委托关系约定，嵌套推广即可得到 包含 任意层ClassLoader的完备委托关系。✨

兄弟ClassLoader委托

父子ClassLoader由于树状的单继承关系，委托关系比较单一。 要实现复杂的代理关系，兄弟ClassLoader之间代理可以简化。

举个场景，多个中间件如RPC、Message等，要需要把部分类代理给应用ClassLoader，如果就使用父子代理，结果会是这样：

System ClassLoader
    |
    V
RPC ClassLoader
    |
    V
Message ClassLoader
    |
    V
App ClassLoader

上面问题是，RPC ClassLoader和Message ClassLoader之间的父子关系不符合实际关系（RPC ClassLoader和Message ClassLoader之间并不需要父子代理）。

更合理些的代理关系是：

                  System ClassLoader
                /         |         \
              /           |          \
            V             V           V
RPC ClassLoader -> App ClassLoader <- Message ClassLoader

即RPC ClassLoader和Message ClassLoader作为App ClassLoader的兄弟ClassLoader并代理。

2. 常用类加载方式

• 加载本地类目录或Jar文件
• 加载本地有类目录或Jar文件的目录
• 加载网络上的类
  这个功能应该很少使用 😜 ，为了功能完整而说明。
• 加密类工具/加载加密的类
  这个功能应该很少使用 😝 ，为了功能完整而说明。

🎨 使用场景

1. 在一个JVM中部署多个应用，但应用依赖不互相影响。
   这样是提高 系统利用率 的一种方式。
2. 把平台级的二方库从应用中隔离出来，由架构部门统一升级。这样做的原因是：
   • 平台级二方库如果有Bug影响面广，有统一的升级的需求。
   • 平台级二方库升级使用面广，升级困难。

ℹ️
上面的部署方式中，依赖容器的引入对于应用的开发应该是 透明 的。

🍺 目标

• 给出类加载委托情况的完备说明
• 给出类加载委托规则的规范描述
• 给出类加载委托规则的规范描述的自己的一个描述格式
  对于这个项目会优先使用Properties来描述，简单够用。
• 说明Java的ClassLoader的用途和限制
• 给出ClassLoader使用和实现的原则
• ClassLoader使用和实现容易出错的地方
• 整理出使用了ClassLoader的常见框架
• 说明这些框架中ClassLoader的实现方法及其使用契约
• 给出ClassLoader实现方法及其使用契约的最佳实践

📢 进阶目标

• Web容器集成
• 实现OSGi规范
  这个也可以用来验证实现是否面向编程友好

📚 相关资料

已有的基于ClassLoader实现的隔离容器项目

• jboss-modules
  JBoss Modules is a standalone implementation of a modular (non-hierarchical) class loading and execution environment for Java.
• sofa-jarslink
  Jarslink is a sofa ark plugin used to manage multi-application deployment

🔬 官方资料

ClassLoader

• The Java Language Specification的第12章 Execution和The Java Virtual Machine Specification的第5章 Loading, Linking, and Initializing
  详细介绍了Java类的加载、链接和初始化。
  不同Java版本的语言和JVM规范在http://docs.oracle.com/javase/specs/
• Multithreaded Custom Class Loaders in Java SE 7，JDK 7修复了ClassLoader的死锁问题。
  这个问题在JDK 7之前的版本中一直存在。平时使用中确实不容易碰到，但在线上应用复杂和高压力场景中有实际观察到过。
  这篇文档给出问题的原因及其修复方法。
• Java命令行选项-verbose:class可以在加载类时显示相关信息。
  完整Java命令行选项参见： http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/tools/windows/java.html
• Java API doc - ClassLoader
• Understanding Extension Class Loading
• Sun JDK用于启动应用的Laucher实现类。
  注： sun.misc.Launcher类没有在JDK附带的src.zip中，因为是JDK具体实现部分（厂商相关），可以在JDK源码中找到这个Java类。
  Sun的JDK的源码下载在这里，厂商相关Java类在目录jdk/src/share/classes下。
• Laucher类中包含了Java除BootstrapClassloader（是用本地代码C/C++来实现）外另2个Buildin ClassLoader类的实现：
  • ExtClassLoader
  • AppClassLoader

Permission

• Permissions in JDK 7
• Permissions in JDK 6

🔖 二手资料

ClassLoader

• IBM DeveloperWorks - 深入探讨Java类加载器。一篇非常不错的ClassLoader的介绍文章，并且对比介绍了
  • Java SPI的类加载策略。包含JDBC和JAXP为代表的2种方式。
  • Tomcat的类加载策略。
  • OSGi的类加载策略。
• The basics of Java class loaders
  1996年(Java 1的年代)的一篇老文章，其中描述功能现在可以通过Java 2提供的java.net.URLClassLoader方便的完成。
  但实现复杂自定义ClassLoader的流程是一样的，文章给出了实现自定义ClassLoader
  • 要覆盖的ClassLoader关键方法
  • 要遵循的基本约定
  • 要注意的安全问题
• IBM DeveloperWorks - Understanding the Java ClassLoader
• IBM DeveloperWorks - Java programming dynamics, Part 1: Java classes and class loading
  中文版在：Java编程的动态性，第 1 部分: 类和类装入
  Java programming dynamics series，这个系列的中文版Java编程的动态性
• onjava.com - Internals of Java Class Loading
• IBM DeveloperWorks - Demystifying class loading problems series
• IBM Java Diagnostics Guide - Class loading
• Getting Started with Javassist - Class Loader
• Sheng Liang and Gilad Bracha, "Dynamic Class Loading in the Java Virtual Machine"
  ACM OOPSLA'98, pp.36-44, 1998.
• Wikipedia - Java Classloader
• Class.forName() vs ClassLoader.loadClass() - which to use for dynamic loading?

ClassLoader实际应用

• Understanding WebLogic Server Application Classloading
• The Apache Tomcat 5.5 Servlet/JSP Container - Class Loader HOW-TO：详细介绍了Tomcat 5.5中的类加载器机制。
• OSGi Service Platform Core Specification

安全

• IBM DeveloperWorks - Java安全模型介绍
• IBM DeveloperWorks - Java 授权内幕
  更多内容参见：IBM DeveloperWorks - Java安全专题
• Java Security - Chapter 3. Java Class Loaders

ClassLoader Memory Leak

• Classloader leaks: the dreaded "java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space" exception
• How to fix the dreaded "java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space" exception (classloader leaks)
• IBM DeveloperWorks - Diagnosis of Java class loader memory leaks
• Reloading Java Classes 201: How do ClassLoader leaks happen?
• Classloader-Related Memory Issues