Java共享类

要真正彼此隔离 Java 应用程序，实质上需要多个 JVM，然而启动成本和内存占用使这种方式不那么理想。而共享类可以同时解决这两个问题。在多 JVM 环境中，共享类通过将一组核心系统类装载到共享内存中，可以在多个 JVM 中共享这些类。这些共享类放到内存的一个共享区域中，它们在这里对所有 JVM 都是保持一致的。结果，共享类只需要在第一次使用时装载到内存中，这消除了在以后每次 JVM 调用时装载它们的固定成本，并减少了每个 JVM 中的内存占用。

IBM 在 z/OS 平台上实现了共享类技术。Apple Computer Inc. 在 Mac OS X 上实现了名为 Java Shared Archive（JSA）的一种共享类，而 Sun 在 J2SE 1.5 版中引入了基于 JSA 技术的 Class Data Sharing （CDS）。让我们分析一下这些实现是如何工作的。

IBM 的实现

自 J2SE 1.3.1 以来，IBM 就在 z/OS 平台上提供了共享类技术的实现。这种实现是通过让一个主（或称 master） JVM 将核心系统类装载到共享内存完成的，那么这到底是什么意思呢？

分解堆

内存分为共享堆和 Java 堆。主 JVM 将系统堆（即共享堆）分配到共享内存中，这里是放置系统类的地方。系统堆在主 JVM 的生存周期中一直存在，并且不会受到垃圾收集（GC）的影响。每一个后续（或者 worker）JVM 附加到这个系统堆上，如图 1 所示，并为自己的 Java 堆分配非共享内存，它会受垃圾收集的影响。Java 堆包含特定于每一个 worker JVM 运行的应用程序的非共享类和所有实例化的对象。

图 1. 共享类分解堆

共享类装载器

每个 worker JVM 都可以通过将类放到共享类装载器的 classpath 中而将它们装载到共享堆中。共享类与普通类的装载方式一样——使用 parent-delegation 模式。

层次结构中的每一个类装载器检查其缓存，确定这个类是否已经装载。如果还没有装载，那么类装载器就向其父类装载器传递一个检查装载请求，这样一直上溯到层次结构顶部的 primordial 或者 bootstrap 类装载器。如果没有在任何缓冲区中发现这个类，那么每一个类装载器都会试图从自己的存储库中装载这个类，如果成功，就返回这个类。否则，它将请求传递给层次结构中下面的装载器。这种模型保证了首先检查最受信任的存储库，并防止信任程度低的代码通过采用与核心 API 成员相同的名字代替受信任的核心 API 类。

如果类是 primordial 类或者定义的类装载器是共享类装载器，那么类对象将在共享堆中创建，并且类标记为共享类。图 2 显示了 bootstrap 类装载器位于类装载器层次结构的顶部，并负责装载核心 API 中的类。这些类是信任程度最高的。扩展类装载器装载 extensions 目录中的标准扩展 JAR 文件中的类。共享应用程序类装载器可以用于共享用户或者应用程序类。

图 2. 类装载器层次结构

Java共享类(2)

但是在这种实现中，类到底是如何由多个 JVM 共享的呢？

假定 JVM 1 装载了 java/lang/String，这是一个由 bootstrap 类装载器装载的系统类。如果 JVM 2 想要装载 java/lang/String，由于它不能访问 JVM 1 的 bootstrap 类装载器缓存，所以它必须使用自己的 bootstrap 类装载器重新装载这个类。在这个例子中，JVM 不共享任何类，如图 3 所示。

图 3. 类没有跨 JVM 共享

因此，最好让 JVM 共享相同的类，如图 4 所描绘的。

图 4. 跨 JVM 共享的类

要解决这个问题，通过创建一个名为 namespace 的全局类缓存，将类缓存的概念加以扩展。每个 JVM 的类装载器必须在这个 namespace 上注册。当共享类装载器装载一个类时，它被同时放到本地类缓存和 namespace 中（如图 5 所示）。这样做使得其他 JVM 中的类装载器（在 namespace

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