Java类加载机制及关于时序数据库IoTDB排查
排查时序数据库 [IOTDB-4899] [UDF] develop UDF class with Enum, return 500 when querying - ASF JIRA 时，涉及的 Java 类加载机制知识如下：
一、类加载概述
类加载是指将类的.class文件中的二进制数据读入内存，并创建java.lang.Class对象的过程。该对象封装了类在方法区的数据结构，并提供访问接口。类加载器在预料类将被使用时，可预先加载，若.class文件缺失或错误，则在首次主动使用时报告LinkageError错误。
加载阶段，虚拟机需完成以下任务：
- 通过类的全限定名获取二进制字节流。
- 将字节流转换为方法区的运行时数据结构。
- 在Java堆中创建代表该类的
java.lang.Class对象。
二、类加载机制
1. 双亲委派机制
双亲委派机制是指类加载器收到加载请求时，先委托给父加载器处理。请求依次向上传递，直至启动类加载器。若父加载器无法加载，子加载器才尝试加载。类加载器层次关系如下：
- 启动类加载器：加载
$JAVA_HOME\jre\lib下或-Xbootclasspath指定的类库（如rt.jar）。 - 扩展类加载器：加载
$JAVA_HOME\jre\lib\ext目录或由java.ext.dirs指定的类库。 - 应用程序类加载器：加载用户类路径（ClassPath）指定的类。
- 自定义类加载器：用于加载非标准Java类文件。
2. 缓存机制
缓存机制确保所有加载过的类被缓存。当需要使用类时，类加载器先从缓存区查找。修改类后，需重启JVM才能使修改生效。
三、问题排查
1. 问题背景
创建UDF（用户定义函数）成功，但执行时报错，找不到org.apache.iotdb.udf.MySum$1类。
2. 问题分析
2.1 org.apache.iotdb.udf.MySum$1类解析
该类名似匿名类。检查创建UDF的jar包，发现包含MySum$1类，但实际项目中只有MySum类。结合日志，报错位置在switch代码块，经查证，JVM在switch enum中case数量过多时，会编译出匿名类。
2.2 类加载器分析
结合类加载的全盘负责机制，匿名类由加载其依赖的org.apache.iotdb.MySum的类加载器A加载。A能成功加载org.apache.iotdb.udf.MySum，但无法加载org.apache.iotdb.udf.MySum$1。原因可能是A被关闭。
排查代码发现，使用try-with-resource语句自动关闭类加载器A，导致后续无法加载匿名类。
2.3 ClassLoader.close()方法分析
URLClassLoader在被close后无法加载新类或资源，但已加载的类和资源仍可访问。
2.4 setContextClassLoader方法分析
setContextClassLoader用于打破双亲委派机制。初步误以为是未正确设置ContextClassLoader导致问题，但经实验和查阅资料，确认应按全盘负责机制理解，setContextClassLoader不起作用。
3. 解决方案
- 避免关闭类加载器：若可能，避免关闭用于加载UDF的类加载器，或确保在需要加载所有相关类后再关闭。
- 优化代码结构：减少不必要的类加载器使用，优化代码结构，确保资源有效管理。
4. 类卸载时机
类满足以下条件时可能被卸载：
- 类所有实例被回收。
- 加载类的ClassLoader被回收。
- 类对应的
java.lang.Class对象无引用。
注意：ClassLoader不提供卸载类的接口，需等待JVM自动卸载。