JVM 对 NoClassDefFoundError 的“缓存”

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问题

今天在排查一个线上的问题，线上的一个应用在初始化一个类的静态字段的时候出现了 NoClassDefFoundError，并且在导致 NoClassDefFoundError 出现的根本原因消失后，后续再次尝试初始化这个类的时候，持续出现了 NoClassDefFoundError。

于是怀疑 JVM 是不是对一个类的 NoClassDefFoundError 做了缓存，在第一次加载这个类出现 NoClassDefFoundError 以后，后续再尝试加载就直接抛出 NoClassDefFoundError。

实验

为了证实自己的猜想，尝试设计了一个简单的实验，一个涉及三个类

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public class Test1 {
    static Test2 test2 = new Test2();
}

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public class Test2 {
}

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public class Test {
    public static void main(String... args) throws Exception {
        while(true) {
            System.out.println("================================");
            try {
                new Test1(); // 尝试实例化 Test1，触发 NoClassDefFoundError
            } catch (Throwable e) {
                e.printStackTrace();

                try {
                    Test.class.getClassLoader().loadClass("Test2"); // 尝试加载 Test2，用于证实当将 
                                                                    // Test2.class 拷贝到 ClassPath 下的时候，
                                                                    // Test2 就可以加载到了。
                } catch (Throwable ex) {
                    ex.printStackTrace();
                }
            }
            Thread.sleep(3000);
        }
    }
}

上述类的的作用是：Test2 是一个空的类，Test1 里面有一个 Test2 的静态成员。Test 是程序的主入口，在一个无限循环内部，不断地尝试去实例化 Test1，并且在加载 Test1 出现异常的时候，尝试加载一下 Test2。

实验的步骤是：

  1. 编译以上类，运行 javac Test.java
  2. 将生成出的 Test2.class 重命名成 Test2.class.bak
  3. 运行 java Test，这个时候程序去加载 Test1 的时候，就会出现 NoClassDefFoundError，并且在尝试加载 Test2 的时候，会出现 ClassNotFoundException。
  4. 将第二步重命名的 Test2.class.bak 该回成 Test2.class，这个时候程序去加载 Test1 的时候，就会出现 NoClassDefFoundError，在加载 Test2 的时候，不会出现 ClassNotFoundException。

实验的第二步的目的是为了程序在加载 Test1 的时候因为找不到 Test2 出现 NoClassDefFoundError，第四步是为了和第二步做对照，说明在后续程序可以加载到 Test2 的时候，在实例化 Test1 的时候，依旧出现 NoClassDefFoundError

在我的机器上，按照上面的方式去操作，结果如下：

NoClassDefFoundError

结果正如预期，即使在后面 Test2 在 ClassPath 下的时候，NoClassDefFoundError 依旧出现，所以 JVM 里面肯定有地方对 NoClassDefFoundError 做了缓存。

JVM 里面的实现

带着这个疑问，请教了部门里面的 JVM 专家，这个猜测得到了证实，并且他给出了 JVM 内部具体处理这段逻辑的代码，处理的代码在 JDK 的 instanceKlass.cpp 这个文件里面：

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bool instanceKlass::link_class_impl(
     instanceKlassHandle this_oop, bool throw_verifyerror, TRAPS) {
   // check for error state
   if (this_oop->is_in_error_state()) {
     ResourceMark rm(THREAD);
     THROW_MSG_(vmSymbols::java_lang_NoClassDefFoundError(),
                this_oop->external_name(), false);
   }
   // return if already verified
   if (this_oop->is_linked()) {
     return true;
   }

并且在 instanceClass.hpp 这个文件中，定义了类的 _init_state，其中，is_in_error_state 这个方法的定义如下：

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bool is_in_error_state() const           { return _init_state == initialization_error; }