Загрузчик классов Java

Загрузчик классов Java , часть среды выполнения Java , динамически загружает классы Java в виртуальную машину Java . ^[1] Обычно классы загружаются только по требованию . Виртуальная машина будет загружать только файлы классов, необходимые для выполнения программы. ^[2] Системе выполнения Java не нужно знать о файлах и файловых системах, поскольку это делегировано загрузчику классов.

Библиотека программного обеспечения представляет собой набор связанного объектного кода . В языке Java библиотеки обычно упаковываются в файлы JAR . Библиотеки могут содержать объекты разных типов. Наиболее важным типом объекта, содержащегося в файле JAR, является класс Java . Класс можно рассматривать как именованную единицу кода. Загрузчик классов отвечает за поиск библиотек, чтение их содержимого и загрузку классов, содержащихся в библиотеках. Эта загрузка обычно выполняется «по требованию», то есть она не происходит до тех пор, пока класс не будет вызван программой. Класс с заданным именем может быть загружен только один раз заданным загрузчиком классов.

Каждый класс Java должен быть загружен загрузчиком классов. ^{[3] [4]} Кроме того, программы Java могут использовать внешние библиотеки (то есть библиотеки, написанные и предоставленные кем-то, кроме автора программы) или они могут состоять, по крайней мере частично, из нескольких библиотек.

При запуске JVM используются три загрузчика классов: ^{[5] [6] [2]}

1. Загрузчик классов Bootstrap
2. Загрузчик классов расширений
3. Загрузчик системных классов

Загрузчик классов bootstrap загружает основные библиотеки Java ^{[fn 1]} , расположенные в каталоге <JAVA_HOME>/jre/lib(или <JAVA_HOME>/jmods>для Java 9 и выше). Этот загрузчик классов, являющийся частью основной JVM, написан на машинном коде. Загрузчик классов bootstrap не связан ни с одним ClassLoaderобъектом. ^[2] Например, возвращает . ^[2]StringBuilder.class.getClassLoader()null

Загрузчик классов расширений загружает код в каталоги расширений ( <JAVA_HOME>/jre/lib/ext, ^[5] или любой другой каталог, указанный системным java.ext.dirsсвойством).

Загрузчик системных классов загружает код, найденный в java.class.path, который сопоставляется с CLASSPATH переменной среды .

Загрузчики классов, определяемые пользователем

Загрузчик классов Java написан на Java. Поэтому можно создать собственный загрузчик классов, не разбираясь в тонкостях виртуальной машины Java. Помимо загрузчика классов Bootstrap, каждый загрузчик классов Java имеет родительский загрузчик классов. ^[7] Родительский загрузчик классов определяется, когда создается новый загрузчик классов или устанавливается в качестве системного загрузчика классов виртуальной машины по умолчанию.

Это позволяет (например):

• для загрузки или выгрузки классов во время выполнения (например, для динамической загрузки библиотек во время выполнения, даже из HTTP- ресурса). Это важная функция для:
  • реализация скриптовых языков, таких как Jython
  • использование bean- строителей
  • разрешая определяемую пользователем расширяемость
  • позволяя нескольким пространствам имен общаться. Это одна из основ протоколов CORBA / RMI , например.
• изменить способ загрузки байт-кода (например, можно использовать зашифрованный байт-код класса Java ^[8] ).
• для изменения загруженного байт-кода (например, для объединения аспектов во время загрузки при использовании аспектно-ориентированного программирования ).

Загрузчики классов в Джакарте EE

Серверы приложений Jakarta EE (ранее Java EE и J2EE) обычно загружают классы из развернутого архива WAR или EAR с помощью дерева загрузчиков классов, изолируя приложение от других приложений, но разделяя классы между развернутыми модулями. Так называемые « контейнеры сервлетов » обычно реализуются в терминах нескольких загрузчиков классов. ^{[4] [9]}

JAR ад

JAR hell — это термин, похожий на DLL hell, используемый для описания всех возможных ситуаций, в которых процесс загрузки классов может не работать. ^[10] JAR hell может возникнуть тремя способами:

• Случайное наличие двух разных версий библиотеки, установленных в системе. Это не будет считаться ошибкой системой. Вместо этого система загрузит классы из одной или другой библиотеки. Добавление новой библиотеки в список доступных библиотек вместо ее замены может привести к тому, что приложение будет по-прежнему вести себя так, как будто используется старая библиотека, что вполне может быть правдой.
• Несколько библиотек или приложений требуют разных версий библиотеки foo . Если версии библиотеки foo используют одинаковые имена классов, нет способа загрузить версии библиотеки foo с помощью одного и того же загрузчика классов.
• Самые сложные проблемы JAR hell возникают в обстоятельствах, которые используют всю сложность системы загрузки классов. Java-программа не обязана использовать только один "плоский" загрузчик классов, а вместо этого может состоять из нескольких (потенциально очень многих) вложенных, взаимодействующих загрузчиков классов. Классы, загруженные разными загрузчиками классов, могут взаимодействовать сложными способами, не полностью понятными разработчиком, что приводит к ошибкам или багам, которые трудно анализировать, объяснять и устранять. ^[11]

OSGi Alliance определил (начиная с JSR 8 в 1998 году) модульную структуру, которая направлена ​​на решение проблемы JAR-ада для текущих и будущих виртуальных машин в ME, SE и EE, которая широко принята. Используя метаданные в манифесте JAR , файлы JAR (называемые пакетами) подключаются на основе пакетов. Пакеты могут экспортировать пакеты, импортировать пакеты и сохранять пакеты приватными, предоставляя основные конструкции модульности и управления зависимостями версий.

Чтобы исправить проблемы с JAR-адом, в 2005 году был инициирован Java Community Process  — JSR 277. Резолюция — Java Platform Module System  — была направлена ​​на введение нового формата распространения, схемы управления версиями модулей и общего репозитория модулей (похожий по назначению на Global Assembly Cache Microsoft .NET ) . В декабре 2008 года Sun объявила, что JSR 277 был приостановлен. ^[12] Java Module System позже была перезагружена как «проект Jigsaw» ^[13] , который был включен в Java 9. Выпущенный в 2017 году, он включает поддержку модульного программного обеспечения, называемого «Java Platform Module System», которое контролируется на уровне исходного кода с помощью файлов module-info.java. Он следует философии, отличной от архитектуры OSGi, которая направлена ​​на обеспечение модульности для Java Runtime Environment обратно совместимым способом, который использует механизм загрузки классов по умолчанию, предоставляемый JRE. Однако, поскольку он не обеспечивает возможности контролируемого сосуществования библиотек с разными версиями, он не подходит для решения проблемы JAR-ада. ^[14]

Смотрите также

• Загрузчик (вычислительный)
• Динамическая загрузка
• DLL-ад
• ОСГи
• Путь к классам (Java)
• Система модулей платформы Java

Сноски

1. Эти библиотеки хранятся в Jar-файлах с именами rt.jar , core.jar , server.jar и т. д.

Ссылки

1. Макманис, Чак (1 октября 1996 г.). «Основы загрузчиков классов Java». JavaWorld . Получено 13 июля 2020 г. .
2. Хорстманн 2022, §10.1.1 Процесс загрузки классов.
3. Хорстманн 2022, §8.2.5 Запись байт-кодов в память.
4. Christudas, Binildas (26 января 2005 г.). "Внутреннее устройство загрузки классов Java". onjava.com . Архивировано из оригинала 2018-05-10.
5. "Понимание загрузки классов расширений". Учебники Java. docs.oracle.com . Получено 13 июля 2020 г. .
6. Сосноски, Деннис (29 апреля 2003 г.). "Классы и загрузка классов". IBM DeveloperWorks . Получено 2008-01-26 .
7. Хорстманн 2022, 10.1.2 Иерархия загрузчика классов.
8. Рубцов, Владимир (9 мая 2003 г.). «Взлом байт-кодового шифрования Java». JavaWorld . Получено 13 июля 2020 г.
9. deBoer, Tim; Karasiuk, Gary (21 августа 2002 г.). "J2EE Class Loading Demystified". IBM DeveloperWorks . Получено 26.01.2008 .
10. "Depot - Apache Incubator". Архивировано из оригинала 2013-06-01.
11. «Таксономия проблем загрузчика классов с Jakarta Commons Logging».
12. Марк Рейнхольд (20 сентября 2010 г.). "Project Jigsaw". Oracle Corporation . Архивировано из оригинала 2015-12-08.
13. "Project Jigsaw". Корпорация Oracle . Получено 29.11.2015 .
14. Бартлетт, Нил; Хакбарт, Кай (22.09.2016). «Java 9, OSGi и будущее модульности (часть 1)». InfoQ.

Внешние ссылки

• Чак МакМанис, «Основы загрузчиков классов Java», 1996 г.
• Брэндон Э. Тейлор, «Загрузка классов Java: основы», архив 2020-11-09 на Wayback Machine , 2003 г.
• Хорстманн, Кей (15 апреля 2022 г.). Ядро Java . Oracle Press Java. ISBN 0-13-787107-4.
• Джефф Хансон, «Возьмите под контроль загрузку классов в Java», архив 2020-12-04 на Wayback Machine , 2006-06-01
• Андреас Шефер, «Внутренние загрузчики классов», 2003-11-12
• Шэн Лян и Гилад Брача, «Динамическая загрузка классов в виртуальной машине Java», в трудах 13-й конференции ACM по объектно-ориентированному программированию, системам, языкам и приложениям (OOPSLA'98), ACM SIGPLAN Notices, т. 33, № 10, ACM Press, 1998, стр. 36–44 doi :10.1145/286936.286945
• Джереми Уитлок, «Реальное использование пользовательских загрузчиков классов», май 2005 г.
• Кристоф Г. Юнг, «Загрузчики классов: новый взгляд на Hotdeploy», Информационный бюллетень Java Specialist , 2001-06-07
• Дон Шварц, «Управление зависимостями компонентов с помощью ClassLoaders», 13 апреля 2005 г.