同一個java類由不同的classloader加載問題

最近在測試項目代碼中遇到同一個類由不同的classloader加載后出現的問題：

1. 類A中有一個字段a，它的類型為X
2. 類B中有一個字段b，它的類型也為X
3. 類A由classLoaderA所加載，類B由classLoaderB所加載
4. 執行賦值語句A.a = B.b，由於這兩個類型均為X，可以執行，但是有一個要求，這個要求就是在A中所裝載類X的裝載器必須和在B中裝載類X的裝載器相同，否則賦值語句失敗

    為什么會產生上面的輸出，我們可以來看一個以下的代碼

 首先是一個簡單的類調用：

類Foo3

public class Foo3 implements IFoo{
    public void hello() throws Exception{
        Class<?> clazz = Foo.class;
        Foo foo2 = Foo4.foo;
    }
}

在上面的代碼中，變量foo2引用了類Foo4的一個靜態引用：

public class Foo4 {
    public static Foo foo = new Foo();
}

類Foo是一個非常簡單的java類，即普通的java類：

public class Foo implements IFoo{}

  重點在於如何運行這段代碼，我們運行一段代碼，分別使用兩個類加載器來加載同一個類類Foo，運行代碼如下

MyClassLoader3 myClassLoader3 = new MyClassLoader3(T.class.getClassLoader());
IFoo foo3 = (IFoo) (myClassLoader3.loadClass("com.m_ylf.study.java.classLoad.Foo3").newInstance());
foo3.hello();

在上面的代碼中，采用自定義的classLoader來定義類Foo3，我們來看具體的定義：

public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    if("Foo".equals(name) ) {
        //自定義
    }
    if("Foo3".equals(name) ) {
        //自定義
    }
    return super.loadClass(name);
}

 其實就是將類類Foo和類Foo3交由classLoader3即我們自定義加載器來加載，其它的類仍交由super即appClassLoader來加載。現在運行這段代碼，即會有一個出錯信息，出錯信息如下：

Exception in thread "main" java.lang.LinkageError: loader constraint violation: when resolving field "foo" the class
loader (instance of MyClassLoader3) of the referring class, Foo4, and the class loader (instance of sun/misc
/Launcher$AppClassLoader) for the field's resolved type, /Foo, have different Class objects for that type
    at Foo3.hello(Foo3.java:7)

  錯誤在第7行，即Foo foo2 = Foo4.foo;這一行出錯了。

    為什么會出錯，我來看來第一行代碼：Class<?> clazz = Foo.class;這段代碼，會對Foo類進行加載，采用的加載器為myClassLoader3，即加載Foo3類時所使用的加載器。這句話運行之后，即表示類Foo已經被加載了，且加載器為myClassLoader3。
    第二行代碼：Foo foo2 = Foo4.foo。這段代碼會初始化Foo4，由於myClassLoader3並沒有特殊處理Foo4，所以將由父類加載器，即AppClassLoader來加載，在加載過程中，因為調用到了Foo4.foo，所以會加載Foo類。這個加載是在Foo4類初始化時進行加載的。因為在碰到類Foo時，appClassLoader顯示其從未加載過foo（先前的foo是由myClassLoader加載的，而不是由appClassLoader加載的），所以又會加載Foo。
    這時候，類Foo就會有兩個類加載器，一個是由myClassLoader3加載的，另一個是由appClassLoader加載的。如果兩個類分開運行，代碼是沒有問題的。
    問題就出在這個賦值語句，或者說是對象引用上。在Foo3內部使用Foo4.foo時，JVM會記錄Foo4.foo在foo3內部的類引用和加載器，在這個運行代碼中，此加載器為myClassLoader，因為在調用Foo4.foo之前已經加載了Foo。然而，在引用時，它將得到聲明Foo4.foo時的Foo類型的加載器，在Foo4.foo中， Foo類型的加載器為appClassLoader。JVM在運行時會對這兩個加載器進行驗證，JVM規范中要求這兩個加載器必須要一致，否則將報類驗證錯誤，即VerifyError的錯誤，這是為了防止不正常的類冒充正確的類進行類型欺騙。如在類Foo3中的Foo是來自於黑客故意構建的一個類時。

    我們再來看關於jbmp的問題，這是由於引用juel.jar時，里面有一個類如ExpressionFactory類，此類在類JspApplicationContext中被聲明。在juel.jar中，類ExpressionFactory已經被jspClassLoader加載了，現在要進行賦值語句，即=由jspContext中取得的expressionFactory對象。而JspApplicationContext是由Tomcat的StandardClassLoader類加載的，在類JspApplicationContext中聲明的expressionFactory字段自然也是由StandardClassLoader類加載的。現在兩個由不同類加載器加載的同一個對象要進行引用操作，自然不能通過JVM的驗證了。
    總而言之，就是說JVM在引用其它類的字段，或者調用其它類的方法時，將進行類型驗證。驗證包括，字段的類型驗證，方法的返回類型驗證，方法參數類型驗證等。驗證的內容就驗證在調用方和被調用方時，同一個類的加載器是否一致。即在調用方時，記錄的字段（參數）類型的加載器與被調用方法記錄的字段（參數）類型的加載器是否一致。如果不一致，自然就不會被JVM驗證通過。

ref:http://www.iflym.com/index.php/code/understand-jvm-load-constraint.html

 

上面這篇blog和我在項目中遇到的問題是一致的，我們在項目中需要對舊版本的Class對象就行替換，之前的做法僅僅是把Impl中值給替換了，之后在debug過程中發現這樣是不夠的，因為在tuscany的加載過程中它會對具體的implementation實現進行Introspection來檢查這個實現中有哪些Reference、Service等等，它會將Reference的字段保存下來，然后在運行過程中通過相應的Injector來進行注入，一開始的做法，我們是將Injector里面保存的method和field用新版本的給替換(因為我們發現tuscany里面的注入的具體實現是通過反射來實現的)，這樣改完之后運行時就出現了上面blog中出現的問題。

仔細分析了下錯誤原因，我們發現tuscany通過反射注入的值是舊版本的，而我們的method、field對象都是新版本的，這樣就會出現IllegalArgumenException錯誤，分析之后得出結論：tuscany用來生成注入值所使用的字段接口仍然是舊版本的，也就是說我們的替換不完全，通過對WireObjectFactory中保存的interfaze的替換，將舊版本從中移除，這樣反射時就不會出錯了

 

在調試過程中還遇到另外一個問題，由於field是private類型的，當我們需要對它進行注入時取消java語言訪問控制檢查

newField.setAccessible(true);