ClassLoader 隔离性的基石是namespace，证明给你看

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-10-03 22:14 1阅读 0赞

### 一、背景 ###

昨晚开始发烧、肌肉酸痛、无力，导致昨天的日更都断掉了，今天核酸结果还没出来，不能去公司，而身体的状况也无法支撑在公司坐一天，不知道自己是不是阳了。趴在床上用枕头给身体做好支撑，把今天的日更完成。早些天有个朋友在看到[《当月亮守护地球 | SkyWalking Agent 守护你的应用...有它相伴才安逸》][_ SkyWalking Agent _...]时，有对其中一些文字表示有异议。

朋友：在我知识体系中`ClassLoader`的双亲委派机制是流畅丝滑的，可是看到**通过委派执行类加载来保障这种分治能力，进而达到了类资源的隔离性**突然就感觉有点陌生和排斥呢？

我：类的命名空间有了解嘛？

朋友：你是说`package`嘛？

我：我说的是`ClassLoader`中的 `nameSpace`

朋友：啥玩意儿？

本篇是对`ClassLoader`中的`namespace`做个直观的介绍和验证。这个知识点笔者个人认为很重要，多次帮助笔者解决日常工作中遇到的疑难杂症，如果你尚未认真研究过`ClassLoader`，但懵懂的认知让你觉得这个应该很简单，那请看下图，若看不懂则表明你可能并不了解`ClassLoader`中得一些关键逻辑；不贩卖焦虑，不感兴趣则忽略，知道个大概即可，不会它并不影响你做一个优秀的程序员。

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namespace(图片来自网络).png

### 二、Classloader的分治和委派机制 ###

上下文同步，已了解这部分的读者朋友可直接跳过，进过第三小节。

`ClassLoader` 是个抽象类，其子类 `UrlClassLoader` 引入 `URL` 资源概念，以此方式来约束自己只加载 `URL` 覆盖范围内的类文件；`ExtClassLoader`、`AppClassLoader` 都是 `UrlClassLoader` 的子类，各自分管的资源路径不同，即给定的 `URL` 不同则管辖范围不同，并通过委派执行类加载来保障这种分治能力，进而达到了类资源的隔离性。

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上图是标准的委派机制，总结为2个方面：

1.  父加载器能加载 父加载器来加载：
    
     *  自己在加载资源之前，先让父类加载器去加载。父类再找其父类，直到`BootStrapClassLoader`（它没有父类加载器）。
     *  保证了等级越高，加载的优先权越高
2.  父加载器不加载 我就来加载（findClass)；我加载不了的子加载器来加载：
    
     *  若父类加载器没有加载成功，才逐级下放这个加载权。
     *  子类加载器不能加载父类加载器能加载的类，如 `java.lang.String` ，即使用户自己编造一份这个类型，启动类加载器优先将 `java.lang.String` 加载成功后，应用类加载器就不会再加载用户自己编造的。

下图描述了 SkyWalking Agent 通过自定义的类加载器`AgentClassLoader` 加载插件中的类，不会对宿主应用中的类产生污染。

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### 三、`namespace`是什么？ ###

每个类加载器都对应一个`namespace`，汉化叫命名空间(我个人其实更喜欢汉化为名字空间)，命名空间由该加载器及所有父类加载器所加载的类组成。这样的介绍很抽象，网络资料中也多是这么几句话，我会从更多的细粒度视角带您进一步了解它。

#### 3.1 同一个命名空间中，类只加载一份 ####

比如`AppClassLoader`加载程序中编写的类。无论加载多少次，只要是被`AppClassLoader`加载的，其`Class`信息的`hashcode`都是相同的。

#### 3.2 子加载器可见父加载器加载的类 ####

这个更容易举例，核心类库的类由`BootStrapClassLoder` 加载的，比如`String`；由`AppClassLoader`所加载的类，都能使用`String`对吧？

#### 3.3 父加载器不可见子加载器所加载的类 ####

`SPI`技术的诞生也是这个原因，什么是`SPI`：程序运行过程中要用到的类，通过`当前类加载器`的`自动加载`，加载不到（不在当前类加载器的类资源管辖范围），如果要使用这个类，必须指定一个能够加载这个类的加载器去加载，而怎么获取这个加载器是个问题。  
程序都是在线程中执行，那么从线程的上下文中去拿最合理，所以就诞生了线程上下文类加载器，这中场景下加载器就得采用`非自动加载`，即通过 `forName` 或者 `loadClass` 的方式去加载类。

下边通过示例+科技来验证加载不到的情况

示例中有`Parent`类，`Son`类。`Parent`类中有个`getSon`方法中，会使用到`Son`类。 编译后，在`classpath`下，把`Son`类移到自定义子加载器的资源目录中，让`AppClassLoader`无法加载。达到我们的运行环境要求:

1.  `Parent`由`AppClassLoader`加载
2.  `Son`由自定义的子加载器加载.
3.  调用`Parent`的`getSon`方法的时候要`new Son()`，这样会触发`Son`类的加载，但是加载不到`Son`类，报错信息为:`java.lang.NoClassDefFoundError: com/rock/Son`

public class Parent {
    
        private Object son;
    
        public Object getSon(){
            return new Son();
        }
        public Object setSon(Object son){
            this.son = son;
            return this.son;
        }
    }  
    public class Son {
    }
    复制代码

/**
         * 父加载器加载不了,子加载器所加载的类，
         * 父加载器加载Parent
         * 子加载器加载son
         * Parent#getSon 方法里 new Son()对象.//报错,找不到Son的类定义.
         */
    
    
        @Test
        public void testParentCanntFindSon(){
            CustomClassLoader01 customClassLoader01 = new CustomClassLoader01(ClassLoader.getSystemClassLoader());
            try {
                Class<?> classParent = customClassLoader01.loadClass("com.rock.Parent");
                System.out.println("classParent:" + classParent.getClassLoader());
                Class<?> classSon = customClassLoader01.loadClass("com.rock.Son");
                System.out.println("classSon:" + classSon.getClassLoader());
                Object objParent = classParent.newInstance();
    
                Object objSon = classSon.newInstance();
                
                Method setSon = classParent.getMethod("setSon",Object.class);
                Object resultSon = setSon.invoke(objParent, objSon);
                System.out.println(resultSon.getClass());
                System.out.println(resultSon.getClass().getClassLoader());
    
                try {
                    Method getSon = classParent.getMethod("getSon");
                    Object invoke = getSon.invoke(objParent);
                    System.out.println(invoke.getClass().getClassLoader());
                }catch (Exception exp){
                    //java.lang.NoClassDefFoundError: com/rock/Son
                    exp.printStackTrace();
                }
            }catch (Exception exp){
                exp.printStackTrace();
            }
        }
    复制代码

#### 3.4 不同命名空间的类互相不可见 ####

这个特征也通过实例来验证一下，自定义类加载器 `new` 出来两个实例，每个实例各自加载一次`Man`类，通过`newInstance`方式实例化出两个对象，对象之间互相调用`setFather`赋值就会报错。即a空间的不识别b空间的类，即使全限定名相同也不识别。这种特性所导致的坑你踩到过嘛？

public class Man {
        private Man father;
        public void setFather(Object obj){
            father = (Man)obj;
        }
    }
    复制代码

@Test
        public void testSifferentNamespaceClass(){
            CustomClassLoader01 customClassLoader01 = new CustomClassLoader01(ClassLoader.getSystemClassLoader());
            CustomClassLoader01 customClassLoader02 = new CustomClassLoader01(ClassLoader.getSystemClassLoader());
            try {
                Class<?> aClass1 = customClassLoader01.loadClass("com.rock.Man");
                System.out.println("class1 : " + aClass1.getClassLoader());
                System.out.println("class1 : " + aClass1.);
    
                Class<?> aClass2 = customClassLoader02.loadClass("com.rock.Man");
                System.out.println("class2 : " + aClass1.getClassLoader());
                System.out.println("class2 : " + aClass2);
                Object man1 = aClass1.newInstance();
                Object man2 = aClass2.newInstance();
                Method setFather = aClass1.getMethod("setFather", Object.class);
                setFather.invoke(man1,man2);
    
    
            }catch (Exception exp){
                exp.printStackTrace();
            }
        }
    复制代码

class1 : com.rock.classLoader.CustomClassLoader01@1f28c152
    class1 : 2006034581
    class2 : com.rock.classLoader.CustomClassLoader01@1f28c152
    class2 : 488044861
    ...
    Caused by: java.lang.ClassCastException: com.rock.Man cannot be cast to com.rock.Man
    	at com.rock.Man.setFather(Man.java:6)
    	... 27 more
    
    复制代码

### 四、最后说一句 ###

我是石页兄，如果这篇文章对您有帮助，或者有所启发的话，欢迎关注笔者的微信公众号【 架构染色 】进行交流和学习。您的支持是我坚持写作最大的动力。

[_ SkyWalking Agent _...]: https://juejin.cn/post/7147963566358790158
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[format_png 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/cca568b12c9181ada83815223a2dcf09.webp?x-oss-process=image/format,png