3. 编译期处理
什么是语法糖
所谓的 语法糖 ,其实就是指 java 编译器把 *.java 源码编译为 *.class 字节码的过程中,自动生成 和转换的一些代码,主要是为了减轻程序员的负担,算是 java 编译器给我们的一个额外福利(给糖吃)
以下代码分析的前提
注意,以下代码的分析,借助了 javap 工具、idea 的反编译功能、idea 插件、jclasslib 等工具。另外, 编译器转换的结果直接就是 class 字节码,只是为了便于阅读,给出了 几乎等价 的 java 源码方式,并不是编译器还会转换出中间的 java 源码,切记。
3.1 默认构造器
public class Candy1 {
}
编译成class后的代码:
public class Candy1 {// 这个无参构造是编译器帮助我们加上的public Candy1() {super(); // 即调用父类 Object 的无参构造方法,即调用 java/lang/Object."
<init>":()V}
}
3.2 自动拆装箱
这个特性是 JDK 5 开始加入的, 代码片段1 :
public class Candy2 {public static void main(String[] args) {Integer x = 1;int y = x;}
}
这段代码在 JDK 5 之前是无法编译通过的,必须改写为 代码片段2 :
public class Candy2 {public static void main(String[] args) {Integer x = Integer.valueOf(1);int y = x.intValue();}
}
显然之前版本的代码太麻烦了,需要在基本类型和包装类型之间来回转换(尤其是集合类中操作的都是包装类型),因此这些转换的事情在 JDK 5 以后都由编译器在编译阶段完成。即 代码片段1 都会在编 译阶段被转换为 代码片段2
3.3 泛型集合取值
泛型也是在 JDK 5 开始加入的特性,但 java 在编译泛型代码后会执行 泛型擦除 的动作,即泛型信息 在编译为字节码之后就丢失了,实际的类型都当做了 Object 类型来处理:
public class Candy3 {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(10); // 实际调用的是 List.add(Object e)Integer x = list.get(0); // 实际调用的是 Object obj = List.get(int index);}
}
所以在取值时,编译器真正生成的字节码中,还要额外做一个类型转换的操作:
// 需要将 Object 转为 Integer
Integer x = (Integer)list.get(0)
如果前面的 x 变量类型修改为 int 基本类型那么最终生成的字节码是:
// 需要将 Object 转为 Integer, 并执行拆箱操作
int x = ((Integer)list.get(0)).intValue();
擦除的是字节码上的泛型信息,可以看到 LocalVariableTypeTable 仍然保留了方法参数泛型的信息
public cn.itcast.jvm.t3.candy.Candy3();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=1, locals=1, args_size=10: aload_01: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."
<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 6: 0LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 5 0 this Lcn/itcast/jvm/t3/candy/Candy3;public static void main(java.lang.String[]);descriptor: ([Ljava/lang/String;)Vflags: ACC_PUBLIC, ACC_STATICCode:stack=2, locals=3, args_size=10: new #2 // class java/util/ArrayList3: dup4: invokespecial #3 // Method java/util/ArrayList."
<init>":()V7: astore_18: aload_19: bipush 1011: invokestatic #4 // Method
java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;14: invokeinterface #5, 2 // InterfaceMethod
java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z19: pop20: aload_121: iconst_022: invokeinterface #6, 2 // InterfaceMethod
java/util/List.get:(I)Ljava/lang/Object;27: checkcast #7 // class java/lang/Integer30: astore_231: returnLineNumberTable:line 8: 0line 9: 8line 10: 20line 11: 31LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 32 0 args [Ljava/lang/String;8 24 1 list Ljava/util/List;LocalVariableTypeTable:Start Length Slot Name Signature8 24 1 list Ljava/util/List<Ljava/lang/Integer;>;
使用反射,仍然能够获得这些信息:
public Set<Integer> test(List<String> list, Map<Integer, Object> map) {
}
Method test = Candy3.class.getMethod("test", List.class, Map.class);
Type[] types = test.getGenericParameterTypes();
for (Type type : types) {if (type instanceof ParameterizedType) {ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) type;System.out.println("原始类型 - " + parameterizedType.getRawType());Type[] arguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();for (int i = 0; i < arguments.length; i++) {System.out.printf("泛型参数[%d] - %s\n", i, arguments[i]);}}
}
输出
原始类型 - interface java.util.List
泛型参数[0] - class java.lang.String
原始类型 - interface java.util.Map
泛型参数[0] - class java.lang.Integer
泛型参数[1] - class java.lang.Object
3.4 可变参数
可变参数也是 JDK 5 开始加入的新特性:
Java代码
public class Candy4 {public static void foo(String... args) {String[] array = args; // 直接赋值System.out.println(array);}public static void main(String[] args) {foo("hello", "world");}
}
被编译器转换后的代码
可变参数 String... args 其实是一个 String[] args ,从下面的代码中就可以看出来
public class Candy4 {public static void foo(String[] args) {String[] array = args; // 直接赋值System.out.println(array);}public static void main(String[] args) {foo(new String[]{"hello", "world"});}
}
注意:如果调用了 foo() 则等价代码为 foo(new String[]{}) ,创建了一个空的数组,而不会传递 null 进去
3.5 foreach 循环
仍是 JDK 5 开始引入的语法糖
1.数组的 foreach 循环
Java代码
public class Candy5_1 {public static void main(String[] args) {int[] array = {1, 2, 3, 4, 5}; // 数组赋初值的简化写法也是语法糖哦for (int e : array) {System.out.println(e);}}
}
被编译器转换后的代码
public class Candy5_1 {public Candy5_1() {}public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1, 2, 3, 4, 5};for(int i = 0; i < array.length; ++i) {int e = array[i];System.out.println(e);}}
}
2.集合的 foreach 循环
Java代码
public class Candy5_2 {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5);for (Integer i : list) {System.out.println(i);}}
}
被编译器转换后的代码
实际被编译器转换为对迭代器的调用
public class Candy5_2 {public Candy5_2() {}public static void main(String[] args) {List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);Iterator iter = list.iterator();while(iter.hasNext()) {Integer e = (Integer)iter.next();System.out.println(e);}}
}
注意:foreach 循环写法,能够配合数组,以及所有实现了 Iterable 接口的集合类一起使用,其中 Iterable 用来获取集合的迭代器( Iterator )
3.6 switch
字符串从 JDK 7 开始,switch 可以作用于字符串和枚举类,这个功能其实也是语法糖
1. switch 字符串
Java代码
public class Candy6_1 {public static void choose(String str) {switch (str) {case "hello": {System.out.println("h");break;}case "world": {System.out.println("w");break;}}}
}
注意 switch 配合 String 和枚举使用时,变量不能为null,原因分析完语法糖转换后的代码应当自然清楚
被编译器转换后的代码
public class Candy6_1 {public Candy6_1() {}public static void choose(String str) {byte x = -1;switch(str.hashCode()) {case 99162322: // hello 的 hashCodeif (str.equals("hello")) {x = 0;}break;case 113318802: // world 的 hashCodeif (str.equals("world")) {x = 1;}}switch(x) {case 0:System.out.println("h");break;case 1:System.out.println("w");}}
}
可以看到,执行了两遍 switch,第一遍是根据字符串的 hashCode 和 equals 将字符串的转换为相应 byte 类型,第二遍才是利用 byte 执行进行比较。
为什么第一遍时必须既比较 hashCode,又利用 equals 比较呢?hashCode 是为了提高效率,减少可能的比较;而 equals 是为了防止 hashCode 冲突,例如 BM 和 C,这两个字符串的hashCode值都是 2123 ,如果有如下Java代码:
public class Candy6_2 {public static void choose(String str) {switch (str) {case "BM": {System.out.println("h");break;}case "C.": {System.out.println("w");break;}}}
}
被编译器转换后的代码
public class Candy6_2 {public Candy6_2() {}public static void choose(String str) {byte x = -1;switch(str.hashCode()) {case 2123: // hashCode 值可能相同,需要进一步用 equals 比较if (str.equals("C.")) {x = 1;} else if (str.equals("BM")) {x = 0;}default:switch(x) {case 0:System.out.println("h");break;case 1:System.out.println("w");}}}
}
2.switch 枚举
Java代码
enum Sex {MALE, FEMALE
}
public class Candy7 {public static void foo(Sex sex) {switch (sex) {case MALE:System.out.println("男"); break;case FEMALE:System.out.println("女"); break;}}
}
被编译器转换后的代码
public class Candy7 {/*** 定义一个合成类(仅 jvm 使用,对我们不可见)* 用来映射枚举的 ordinal 与数组元素的关系* 枚举的 ordinal 表示枚举对象的序号,从 0 开始* 即 MALE 的 ordinal()=0,FEMALE 的 ordinal()=1*/static class $MAP {// 数组大小即为枚举元素个数,里面存储case用来对比的数字static int[] map = new int[2];static {map[Sex.MALE.ordinal()] = 1;map[Sex.FEMALE.ordinal()] = 2;}}public static void foo(Sex sex) {int x = $MAP.map[sex.ordinal()];switch (x) {case 1:System.out.println("男");break;case 2:System.out.println("女");break;}}
}
3.7 枚举类
JDK 7 新增了枚举类,以前面的性别枚举为例:
Java代码
enum Sex {MALE, FEMALE
}
转换后代码
public final class Sex extends Enum<Sex> {public static final Sex MALE;public static final Sex FEMALE;private static final Sex[] $VALUES;static {MALE = new Sex("MALE", 0);FEMALE = new Sex("FEMALE", 1);$VALUES = new Sex[]{MALE, FEMALE};}/*** Sole constructor. Programmers cannot invoke this constructor.* It is for use by code emitted by the compiler in response to* enum type declarations.** @param name - The name of this enum constant, which is the identifier* used to declare it.* @param ordinal - The ordinal of this enumeration constant (its position* in the enum declaration, where the initial constant isassigned*/private Sex(String name, int ordinal) {super(name, ordinal);}public static Sex[] values() {return $VALUES.clone();}public static Sex valueOf(String name) {return Enum.valueOf(Sex.class, name);}
}
3.8 try-with-resources
JDK 7 开始新增了对需要关闭的资源处理的特殊语法 try-with-resources
语法格式
try(资源变量 = 创建资源对象){} catch( ) {}
Java代码
其中资源对象需要实现 AutoCloseable 接口,例如 InputStream 、 OutputStream 、 Connection 、 Statement 、 ResultSet 等接口都实现了 AutoCloseable ,使用 try-with-resources 可以不用写 finally 语句块,编译器会帮助生成关闭资源代码
public class Candy9 {public static void main(String[] args) {try(InputStream is = new FileInputStream("d:\\1.txt")) {System.out.println(is);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
转换后代码
public class Candy9 {public Candy9() {}public static void main(String[] args) {try {InputStream is = new FileInputStream("d:\\1.txt");Throwable t = null;try {System.out.println(is);} catch (Throwable e1) {// t 是我们代码出现的异常t = e1;throw e1;} finally {// 判断了资源不为空if (is != null) {// 如果我们代码有异常if (t != null) {try {is.close();} catch (Throwable e2) {// 如果 close 出现异常,作为被压制异常添加t.addSuppressed(e2);}} else {// 如果我们代码没有异常,close 出现的异常就是最后 catch 块中的 eis.close();}}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
为什么要设计一个 addSuppressed(Throwable e) (添加被压制异常)的方法呢?是为了防止异常信息的丢失(想想 try-with-resources 生成的 fianlly 中如果抛出了异常):
Java代码
public class Test6 {public static void main(String[] args) {try (MyResource resource = new MyResource()) {int i = 1/0;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}class MyResource implements AutoCloseable {public void close() throws Exception {throw new Exception("close 异常");}
}
输出:
java.lang.ArithmeticException: / by zeroat test.Test6.main(Test6.java:7)Suppressed: java.lang.Exception: close 异常at test.MyResource.close(Test6.java:18)at test.Test6.main(Test6.java:6)
- 如以上代码所示,两个异常信息都不会丢。
3.9 方法重写时的桥接方法
方法重写时对返回值分两种情况:
- 父子类的返回值完全一致
- 子类返回值可以是父类返回值的子类
Java代码
class A {public Number m() {return 1;}
}
class B extends A {@Override// 子类 m 方法的返回值是 Integer 是父类 m 方法返回值 Number 的子类public Integer m() {return 2;}
}
子类转换后的代码
class B extends A {public Integer m() {return 2;}// 此方法才是真正重写了父类 public Number m() 方法public synthetic bridge Number m() {// 调用 public Integer m()return m();}
}
其中桥接方法比较特殊,仅对 java 虚拟机可见,并且与原来的 public Integer m() 没有命名冲突,可以用下面反射代码来验证:
for (Method m : B.class.getDeclaredMethods()) {System.out.println(m);
}
会输出:
public java.lang.Integer test.candy.B.m()
public java.lang.Number test.candy.B.m()
3.10 匿名内部类
Java代码
public class Candy11 {public static void main(String[] args) {Runnable runnable = new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("ok");}};}
}
转换后的代码
// 额外生成的类
final class Candy11$1 implements Runnable {Candy11$1() {}public void run() {System.out.println("ok");}
}public class Candy11 {public static void main(String[] args) {Runnable runnable = new Candy11$1();}
}
引用局部变量的匿名内部类的Java代码
public class Candy11 {public static void test(final int x) {Runnable runnable = new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("ok:" + x);}};}
}
转换后代码:
// 额外生成的类
final class Candy11$1 implements Runnable {int val$x;Candy11$1(int x) {this.val$x = x;}public void run() {System.out.println("ok:" + this.val$x);}
}public class Candy11 {public static void test(final int x) {Runnable runnable = new Candy11$1(x);}
}
注意
这同时解释了为什么匿名内部类引用局部变量时,局部变量必须是 final 的:因为在创建 Candy11$1 对象时,将 x 的值赋值给了 Candy11$1 对象的 val$x 属性,所以 x 不应该再发生变 化了,如果变化,那么 val$x 属性没有机会再跟着一起变化。
4. 类加载阶段
4.1 加载
将类的字节码载入方法区中,内部采用 C++ 的 instanceKlass 描述 java 类,它的重要 field 有:
- _java_mirror 即 java 的类镜像,例如对 String 来说,就是 String.class,作用是把 klass 暴露给 java 使用
- _super 即父类
- _fields 即成员变量
- _methods 即方法
- _constants 即常量池
- _class_loader 即类加载器 +
- _vtable 虚方法表
- _itable 接口方法表
如果这个类还有父类没有加载,先加载父类
加载和链接可能是交替运行的
注意
- instanceKlass 这样的【元数据】是存储在方法区(1.8 后的元空间内),但 _java_mirror 是存储在堆中
- 可以通过前面介绍的 HSDB 工具查看
4.2 链接
链接分为验证、准备、解析三个子阶段
4.2.1 验证
验证类是否符合 JVM 规范,安全性检查
用 UE 等支持二进制的编辑器修改 HelloWorld.class 的魔数检查其修改后是否能够通过安全性检查,在控制台运行。
E:\git\jvm\out\production\jvm>java cn.itcast.jvm.t5.HelloWorld
Error: A JNI error has occurred, please check your installation and try again
Exception in thread "main" java.lang.ClassFormatError: Incompatible magic value
3405691578 in class file cn/itcast/jvm/t5/HelloWorldat java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)at
java.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:142)at java.net.URLClassLoader.defineClass(URLClassLoader.java:467)at java.net.URLClassLoader.access$100(URLClassLoader.java:73)at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:368)at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:362)at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:361)at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:331)at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)at sun.launcher.LauncherHelper.checkAndLoadMain(LauncherHelper.java:495)
修改完 HelloWorld.class 的魔数后,报错信息如上图所示,说明验证没有通过
4.2.2 准备
为 static 变量分配空间,设置默认值
- static 变量在 JDK 7 之前存储于 instanceKlass 末尾,从 JDK 7 开始,存储于 _java_mirror 末尾
- static 变量分配空间和赋值是两个步骤,分配空间在准备阶段完成,赋值在初始化阶段完成
- 如果 static 变量是 final 的基本类型,以及字符串常量,那么编译阶段值就确定了,赋值在准备阶 段完成
- 如果 static 变量是 final 的,但属于引用类型,那么赋值也会在初始化阶段完成
4.2.3 解析
将常量池中的符号引用解析为直接引用
package cn.itcast.jvm.t3.load;
/**
* 解析的含义
*/
public class Load2 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException,
IOException {ClassLoader classloader = Load2.class.getClassLoader();// loadClass 方法不会导致类的解析和初始化Class<?> c = classloader.loadClass("cn.itcast.jvm.t3.load.C");new C();System.in.read();}
}class C {D d = new D();
}class D {
}
4.3 初始化
1.初始化时调用的方法
初始化即调用<cinit>()V 方法,虚拟机会保证这个类的『构造方法』的线程安全
2.初始化发生的时机
概括得说,类初始化是【懒惰的】
- main 方法所在的类,总会被首先初始化
- 首次访问这个类的静态变量或静态方法时
- 子类初始化,如果父类还没初始化,会引发
- 子类访问父类的静态变量,只会触发父类的初始化
- Class.forName
- new 会导致初始化
不会导致类初始化的情况
- 访问类的 static final 静态常量(基本类型和字符串)不会触发初始化
- 类对象.class 不会触发初始化
- 创建该类的数组不会触发初始化
- 类加载器的 loadClass 方法
- Class.forName 的参数 2 为 false 时
3.实验验证初始化发生的时机
实验用到的类
class A {static int a = 0;static {System.out.println("a init");}
}class B extends A {final static double b = 5.0;static boolean c = false;static {System.out.println("b init");}
}
验证(实验时请先全部注释,每次只执行其中一个)
public class Load3 {static {System.out.println("main init");}public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {// 1. 静态常量(基本类型和字符串)不会触发初始化System.out.println(B.b);// 2. 类对象.class 不会触发初始化System.out.println(B.class);// 3. 创建该类的数组不会触发初始化System.out.println(new B[0]);// 4. 不会初始化类 B,但会加载 B、AClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();cl.loadClass("cn.itcast.jvm.t3.B");// 5. 不会初始化类 B,但会加载 B、AClassLoader c2 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();Class.forName("cn.itcast.jvm.t3.B", false, c2);// 1. 首次访问这个类的静态变量或静态方法时System.out.println(A.a);// 2. 子类初始化,如果父类还没初始化,会引发System.out.println(B.c);// 3. 子类访问父类静态变量,只触发父类初始化System.out.println(B.a);// 4. 会初始化类 B,并先初始化类 AClass.forName("cn.itcast.jvm.t3.B");}
}
5. 类加载器
以 JDK 8 为例:
5.1 启动类加载器
用 Bootstrap 类加载器加载类
Java类
package cn.itcast.jvm.t3.load;public class F {static {System.out.println("bootstrap F init");}
}
执行
package cn.itcast.jvm.t3.load;
public class Load5_1 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {Class<?> aClass = Class.forName("cn.itcast.jvm.t3.load.F");System.out.println(aClass.getClassLoader());}
}
输出
E:\git\jvm\out\production\jvm>java -Xbootclasspath/a:.
cn.itcast.jvm.t3.load.Load5
bootstrap F init
null
-Xbootclasspath 表示设置 bootclasspath
其中 /a:. 表示将当前目录追加至 bootclasspath 之后
可以用这个办法替换核心类
- java -Xbootclasspath:
- java -Xbootclasspath/a:
- java -Xbootclasspath/p:
5.2 扩展类加载器
Java类
package cn.itcast.jvm.t3.load;
public class G {static {System.out.println("classpath G init");}
}
执行
public class Load5_2 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {Class<?> aClass = Class.forName("cn.itcast.jvm.t3.load.G");System.out.println(aClass.getClassLoader());}
}
输出
classpath G init
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
写一个同名的类
package cn.itcast.jvm.t3.load;
public class G {static {System.out.println("ext G init");}
}
打个 jar 包
E:\git\jvm\out\production\jvm>jar -cvf my.jar cn/itcast/jvm/t3/load/G.class
已添加清单
正在添加: cn/itcast/jvm/t3/load/G.class(输入 = 481) (输出 = 322)(压缩了 33%)
将 jar 包拷贝到 JAVA_HOME/jre/lib/ext
重新执行 Load5_2
输出
ext G init
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44
5.3 双亲委派模式
所谓的双亲委派,就是指调用类加载器的 loadClass 方法时,查找类的规则
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException {synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// 1. 检查该类是否已经加载Class<?> c = findLoadedClass(name);if (c == null) {long t0 = System.nanoTime();try {if (parent != null) {// 2. 有上级的话,委派上级 loadClassc = parent.loadClass(name, false);} else {// 3. 如果没有上级了(ExtClassLoader),则委派BootstrapClassLoaderc = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {}if (c == null) {long t1 = System.nanoTime();// 4. 每一层找不到,调用 findClass 方法(每个类加载器自己扩展)来加载c = findClass(name);// 5. 记录耗时sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}
}
例如:
public class Load5_3 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {Class<?> aClass = Load5_3.class.getClassLoader().loadClass("cn.itcast.jvm.t3.load.H");System.out.println(aClass.getClassLoader());}
}
执行流程为:
1. sun.misc.Launcher$AppClassLoader //1 处, 开始查看已加载的类,结果没有
2. sun.misc.Launcher$AppClassLoader // 2 处,委派上级 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader.loadClass()
3. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader // 1 处,查看已加载的类,结果没有
4. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader // 3 处,没有上级了,则委派 BootstrapClassLoader 查找
5. BootstrapClassLoader 是在 JAVA_HOME/jre/lib 下找 H 这个类,显然没有
6. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader // 4 处,调用自己的 findClass 方法,是在 JAVA_HOME/jre/lib/ext 下找 H 这个类,显然没有,回到 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 的 // 2 处
7. 继续执行到 sun.misc.Launcher$AppClassLoader // 4 处,调用它自己的 findClass 方法,在 classpath 下查找,找到了
5.4 线程上下文类加载器
我们在使用 JDBC 时,都需要加载 Driver 驱动,不知道你注意到没有,不写
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")
也是可以让 com.mysql.jdbc.Driver 正确加载的,你知道是怎么做的吗?
让我们追踪一下源码:
public class DriverManager {// 注册驱动的集合private final static CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers= new CopyOnWriteArrayList<>();// 初始化驱动static {loadInitialDrivers();println("JDBC DriverManager initialized");}
先不看别的,看看 DriverManager 的类加载器:
System.out.println(DriverManager.class.getClassLoader());
打印 null,表示它的类加载器是 Bootstrap ClassLoader,会到 JAVA_HOME/jre/lib 下搜索类,但 JAVA_HOME/jre/lib 下显然没有 mysql-connector-java-5.1.47.jar 包,这样问题来了,在 DriverManager 的静态代码块中,怎么能正确加载 com.mysql.jdbc.Driver 呢?
继续看 loadInitialDrivers() 方法:
private static void loadInitialDrivers() {String drivers;try {drivers = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<String>
() {public String run() {return System.getProperty("jdbc.drivers");}});} catch (Exception ex) {drivers = null;}// 1)使用 ServiceLoader 机制加载驱动,即 SPIAccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {public Void run() {ServiceLoader<Driver> loadedDrivers =
ServiceLoader.load(Driver.class);Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();try{while(driversIterator.hasNext()) {driversIterator.next();}} catch(Throwable t) {// Do nothing}return null;}});println("DriverManager.initialize: jdbc.drivers = " + drivers);// 2)使用 jdbc.drivers 定义的驱动名加载驱动if (drivers == null || drivers.equals("")) {return;}String[] driversList = drivers.split(":");println("number of Drivers:" + driversList.length);for (String aDriver : driversList) {try {println("DriverManager.Initialize: loading " + aDriver);// 这里的 ClassLoader.getSystemClassLoader() 就是应用程序类加载器Class.forName(aDriver, true,
ClassLoader.getSystemClassLoader());} catch (Exception ex) {println("DriverManager.Initialize: load failed: " + ex);}}
}
先看 2)发现它最后是使用 Class.forName 完成类的加载和初始化,关联的是应用程序类加载器,因此 可以顺利完成类加载
再看 1)它就是大名鼎鼎的 Service Provider Interface (SPI)
约定如下,在 jar 包的 META-INF/services 包下,以接口全限定名名为文件,文件内容是实现类名称
这样就可以使用
ServiceLoader<接口类型> allImpls = ServiceLoader.load(接口类型.class);Iterator<接口类型> iter = allImpls.iterator();while(iter.hasNext()) {iter.next();}
来得到实现类,体现的是【面向接口编程+解耦】的思想,在下面一些框架中都运用了此思想:
- JDBC
- Servlet 初始化器
- Spring 容器
- Dubbo(对 SPI 进行了扩展)
接着看 ServiceLoader.load 方法:
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {// 获取线程上下文类加载器ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();return ServiceLoader.load(service, cl);
}
线程上下文类加载器是当前线程使用的类加载器,默认就是应用程序类加载器,它内部又是由 Class.forName 调用了线程上下文类加载器完成类加载,具体代码在 ServiceLoader 的内部类 LazyIterator 中:
private S nextService() {if (!hasNextService())throw new NoSuchElementException();String cn = nextName;nextName = null;Class<?> c = null;try {c = Class.forName(cn, false, loader);} catch (ClassNotFoundException x) {fail(service,"Provider " + cn + " not found");}if (!service.isAssignableFrom(c)) {fail(service,"Provider " + cn + " not a subtype");}try {S p = service.cast(c.newInstance());providers.put(cn, p);return p;} catch (Throwable x) {fail(service,"Provider " + cn + " could not be instantiated",x);}throw new Error(); // This cannot happen
}
5.5 自定义类加载器
什么时候需要自定义类加载器
- 1)想加载非 classpath 随意路径中的类文件
- 2)都是通过接口来使用实现,希望解耦时,常用在框架设计
- 3)这些类希望予以隔离,不同应用的同名类都可以加载,不冲突,常见于 tomcat 容器
步骤:
1. 继承 ClassLoader 父类
2. 要遵从双亲委派机制,重写 findClass 方法 注意不是重写 loadClass 方法,否则不会走双亲委派机制
3. 读取类文件的字节码
4. 调用父类的 defineClass 方法来加载类
5. 使用者调用该类加载器的 loadClass 方法