设计支持模块化热部署的自定义类加载器

题目

设计支持模块化热部署的自定义类加载器

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐⭐

考点

类加载过程,双亲委派机制,自定义类加载器,打破双亲委派,类卸载机制

快速回答

实现要点：

• 继承ClassLoader重写findClass()方法
• 使用defineClass()转换字节码为Class对象
• 破坏双亲委派：重写loadClass()优先加载本地模块
• 实现类卸载：使用弱引用管理模块，无引用时触发GC卸载
• 线程上下文类加载器处理SPI服务加载

1. 核心原理说明

类加载过程：

• 加载：查找字节码并创建Class对象
• 链接：验证、准备（分配内存）、解析（符号引用转直接引用）
• 初始化：执行<clinit>静态代码块

双亲委派机制：

• 类加载请求优先委派父加载器处理
• 避免核心类被篡改，保证唯一性
• 父加载器无法完成时才自己加载

类卸载条件：

• Class对象无实例
• 加载该类的ClassLoader被回收
• 无地方引用该Class对象

2. 代码实现示例

public class ModuleClassLoader extends ClassLoader {
    private final String modulePath;
    private final WeakHashMap<String, Class<?>> cache = new WeakHashMap<>();

    public ModuleClassLoader(String path, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        this.modulePath = path;
    }

    // 打破双亲委派：优先加载模块内类
    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 1. 检查本地缓存
            Class<?> clazz = findLoadedClass(name);
            if (clazz != null) return clazz;

            // 2. 优先加载模块包内的类
            if (name.startsWith("com.module.")) {
                clazz = findClass(name);
                if (clazz != null) {
                    if (resolve) resolveClass(clazz);
                    return clazz;
                }
            }
            // 3. 委派父加载器
            return super.loadClass(name, resolve);
        }
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] bytes = loadClassData(name);
        if (bytes == null) throw new ClassNotFoundException(name);
        Class<?> clazz = defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
        cache.put(name, clazz);  // 弱引用缓存
        return clazz;
    }

    private byte[] loadClassData(String className) {
        String path = modulePath + className.replace('.', '/') + ".class";
        try (InputStream is = new FileInputStream(path)) {
            return is.readAllBytes();
        } catch (IOException e) {
            return null;
        }
    }

    // 热卸载模块
    public void unloadModule() {
        cache.clear();
    }
}

3. 最佳实践

• 隔离性：每个模块使用独立ClassLoader
• 资源释放：重写close()方法关闭JAR文件句柄
• SPI处理：

  Thread.currentThread().setContextClassLoader(this);
  ServiceLoader<ServiceInterface> loader = ServiceLoader.load(ServiceInterface.class);

• 内存管理：使用WeakHashMap避免阻止类卸载

4. 常见错误

• 类冲突：不同加载器加载同名类导致ClassCastException
• 内存泄漏：静态引用持有ClassLoader导致无法卸载
• 资源未关闭：未重写close()方法造成文件句柄泄漏
• 死锁风险：同步块中执行未知代码（如静态初始化块）

5. 扩展知识

• OSGi：使用图结构管理类加载器依赖
• Java模块化：JPMS通过module-info.java控制可见性
• 类加载器层次：
  • Bootstrap（加载rt.jar）
  • Platform（加载JDK模块）
  • Application（classpath类）
• 调试技巧：

  clazz.getClassLoader().getResource("");  // 查看加载源