ClassLoader 隔離性的基石是namespace，證明給你看

一、背景

朋友：在我知識體系中ClassLoader的雙親委派機制是流暢絲滑的，可是看到通過委派執行類加載來保障這種分治能力，進而達到了類資源的隔離性突然就感覺有點陌生和排斥呢？

我：類的命名空間有了解嘛？

朋友：你是說package嘛？

我：我說的是ClassLoader中的 nameSpace

朋友：啥玩意兒？

本篇是對ClassLoader中的namespace做個直觀的介紹和驗證。這個知識點筆者個人認爲很重要，多次幫助筆者解決日常工作中遇到的疑難雜症，如果你尚未認真研究過ClassLoader，但懵懂的認知讓你覺得這個應該很簡單，那請看下圖，若看不懂則表明你可能並不瞭解ClassLoader中得一些關鍵邏輯；不販賣焦慮，不感興趣則忽略，知道個大概即可，不會它並不影響你做一個優秀的程序員。

二、Classloader的分治和委派機制

上下文同步，已瞭解這部分的讀者朋友可直接跳過，進過第三小節。

ClassLoader 是個抽象類，其子類 UrlClassLoader 引入 URL 資源概念，以此方式來約束自己只加載 URL 覆蓋範圍內的類文件；ExtClassLoader、AppClassLoader 都是 UrlClassLoader 的子類，各自分管的資源路徑不同，即給定的 URL 不同則管轄範圍不同，並通過委派執行類加載來保障這種分治能力，進而達到了類資源的隔離性。

上圖是標準的委派機制，總結爲2個方面：

1. 父加載器能加載 父加載器來加載：

   • 自己在加載資源之前，先讓父類加載器去加載。父類再找其父類，直到BootStrapClassLoader（它沒有父類加載器）。
   • 保證了等級越高，加載的優先權越高

2. 父加載器不加載 我就來加載（findClass)；我加載不了的子加載器來加載：

   • 若父類加載器沒有加載成功，才逐級下放這個加載權。
   • 子類加載器不能加載父類加載器能加載的類，如 java.lang.String ，即使用戶自己編造一份這個類型，啓動類加載器優先將 java.lang.String 加載成功後，應用類加載器就不會再加載用戶自己編造的。

下圖描述了 SkyWalking Agent 通過自定義的類加載器AgentClassLoader 加載插件中的類，不會對宿主應用中的類產生污染。

三、namespace是什麼？

每個類加載器都對應一個namespace，漢化叫命名空間(我個人其實更喜歡漢化爲名字空間)，命名空間由該加載器及所有父類加載器所加載的類組成。這樣的介紹很抽象，網絡資料中也多是這麼幾句話，我會從更多的細粒度視角帶您進一步瞭解它。

3.1 同一個命名空間中，類只加載一份

比如AppClassLoader加載程序中編寫的類。無論加載多少次，只要是被AppClassLoader加載的，其Class信息的hashcode都是相同的。

3.2 子加載器可見父加載器加載的類

這個更容易舉例，核心類庫的類由BootStrapClassLoder 加載的，比如String；由AppClassLoader所加載的類，都能使用String對吧？

3.3 父加載器不可見子加載器所加載的類

SPI技術的誕生也是這個原因，什麼是SPI：程序運行過程中要用到的類，通過當前類加載器的自動加載，加載不到（不在當前類加載器的類資源管轄範圍），如果要使用這個類，必須指定一個能夠加載這個類的加載器去加載，而怎麼獲取這個加載器是個問題。
程序都是在線程中執行，那麼從線程的上下文中去拿最合理，所以就誕生了線程上下文類加載器，這中場景下加載器就得采用非自動加載，即通過 forName 或者 loadClass 的方式去加載類。

下邊通過示例+科技來驗證加載不到的情況

示例中有Parent類，Son類。Parent類中有個getSon方法中，會使用到Son類。 編譯後，在classpath下，把Son類移到自定義子加載器的資源目錄中，讓AppClassLoader無法加載。達到我們的運行環境要求:

1. Parent由AppClassLoader加載
2. Son由自定義的子加載器加載.
3. 調用Parent的getSon方法的時候要new Son()，這樣會觸發Son類的加載，但是加載不到Son類，報錯信息爲: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 {
}

/**
     * 父加載器加載不了,子加載器所加載的類，
     * 父加載器加載Parent
     * 子加載器加載son
     * Parent#getSon 方法裏 new Son()對象.//報錯,找不到Son的類定義.
     */

    @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();
        }
    }

3.4 不同命名空間的類互相不可見

這個特徵也通過實例來驗證一下，自定義類加載器 new 出來兩個實例，每個實例各自加載一次Man類，通過newInstance方式實例化出兩個對象，對象之間互相調用setFather賦值就會報錯。即a空間的不識別b空間的類，即使全限定名相同也不識別。這種特性所導致的坑你踩到過嘛？

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

 @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();
        }
    }

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