双亲委派

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前言

java虚拟机对class文件采用按需加载的方式,也就是当需要使用该类时才会把它的class文件加载到内存生成class对象,而且加载某个类的class文件时,java虚拟机采用的是双亲委派机制,即把请求交给父类处理,它是一种任务委派模式。

工作原理

1)如果一个类加载器收到了类加载请求,它不会自己先加载,而是把这个请求委托给父类的加载器去执行。

2)如果其父类加载器还存在父类加载器,则进一步向上委托,依次递归,请求最终将达到顶层的引导类加载器。

3)如果父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回,如果父类加载器无法完成类加载任务,子加载器才会尝试去自己加载,这就是双亲委派机制。

4)父类一层一层往下分配任务,如果子类加载器能加载,则加载此类,如果将加载任务分配至系统类加载器 (如果有自定义类加载器,就直到自定义类加载器) 也无法完成加载任务,则抛出异常。

image.png

在介绍双亲委派机制的时候,就不得不提到 ClassLoader(类加载器) 。说 ClassLoader 之前,我们得先了解下 java 的基本知识。java 是运行在JVM(java虚拟机)中的,但是它是如何运行在 JVM 中了呢?我们在IDE中编写的 Java 源代码被编译器编译为 .class 的字节码文件。然后由我们得 ClassLoader 负责将这些 class 文件给加载到JVM中去执行。

JVM 中提供了三层得 ClassLoader:

Bootstrap classLoader: 主要负责加载核心的类库(java.lang.* 等),构造ExClassLoader和APPClassLoader。

ExClassLoader: 主要负责加载jre/lib/ext目录下的一些扩展jar。

AppClassLoader: 主要负责加载应用程序的主函数类。

那如果有一个我们写的Hello.java编译成的Hello.class文件,它是如何被加载到JVM中的呢?

首先我们来搜索下“ClassLoader”,然后打开“java.lang” 包下的ClassLoader类。然后将代码翻到loadClass方法:

S$6GH)E5SE{STF`CDO6EGZ1.png

其实这段代码已经很好的解释了双亲委派机制,为了大家更容易理解,我做了一张图来描述一下上面这段代码的流程:

image.png

从上图我们就更容易理解了,当一个 Hello.class 这样的文件要被加载时,不考虑我们自定义类加载器,首先会在 APPClassLoader 中检查是否已经被加载过,如果有那就无需再加载了,如果没有,那么会拿到父加载器,然后调用父加载器的loadClass方法。父类同理也会先检查自己是否已经加载过,如果没有再往上。注意这个类似递归的过程,直到到达了 BootstrapClassLoader 之前,都在检查是否已经加载过,并不会选择自己去加载。直到 BootstrapClassLoader , 已经没有父加载器了,这时候开始考虑自己是否能加载了,如果自己无法加载,会下沉到子加载器去加载,一直到最底层,如果没有任何加载器能加载,就会抛出 ClassNotFoundException

为什么要设计这种机制(双亲委派的好处)

这种设计有一个好处就是如果有人像替换系统级别的类:String.class。篡改它的实现,在这种机制下这些系统的类已经被BootstrapClassLoader加载过了,所以当其它类加载器并没有机会再去加载,从一定程度上防止了危险代码的植入。保证了类加载的有序性和安全性。 下面是一张类加载机制的脑图:

image.png

双亲委派模型破坏史

1.第一次破坏

由于双亲委派模型是在JDK1.2之后才被引入的,而类加载器和抽象类java.lang.ClassLoader则在JDK1.0时代就已经存在,面对已经存在的用户自定义类加载器的实现代码,Java设计者引入双亲委派模型时不得不做出一些妥协。在此之前,用户去继承java.lang.ClassLoader的唯一目的就是为了重写loadClass()方法,因为虚拟机在进行类加载的时候会调用加载器的私有方法loadClassInternal(),而这个方法唯一逻辑就是去调用自己的loadClass()。

2.第二次破坏

双亲委派模型的第二次“被破坏”是由这个模型自身的缺陷所导致的,双亲委派很好地解决了各个类加载器的基础类的同一问题(越基础的类由越上层的加载器进行加载),基础类之所以称为“基础”,是因为它们总是作为被用户代码调用的API,但世事往往没有绝对的完美。

如果基础类又要调用回用户的代码,那该么办?

一个典型的例子就是JNDI服务,JNDI现在已经是Java的标准服务,
它的代码由启动类加载器去加载(在JDK1.3时放进去的rt.jar),但JNDI的目的就是对资源进行集中管理和查找,它需要调用由独立厂商实现并部署在应用程序的ClassPath下的JNDI接口提供者的代码,但启动类加载器不可能“认识”这些代码。

为了解决这个问题,Java设计团队只好引入了一个不太优雅的设计:线程上下文类加载器(Thread Context ClassLoader)。这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContextClassLoader()方法进行设置,如果创建线程时还未设置,他将会从父线程中继承一个,如果在应用程序的全局范围内都没有设置过的话,那这个类加载器默认就是应用程序类加载器。

有了线程上下文加载器,JNDI服务就可以使用它去加载所需要的SPI代码,也就是父类加载器请求子类加载器去完成类加载的动作,这种行为实际上就是打通了双亲委派模型层次结构来逆向使用类加载器,实际上已经违背了双亲委派模型的一般性原则,但这也是无可奈何的事情。Java中所有涉及SPI的加载动作基本上都采用这种方式,例如JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等。

3.第三次破坏

双亲委派模型的第三次“被破坏”是由于用户对程序动态性的追求导致的,这里所说的“动态性”指的是当前一些非常“热门”的名词:代码热替换、模块热部署等,简答的说就是机器不用重启,只要部署上就能用。
OSGi实现模块化热部署的关键则是它自定义的类加载器机制的实现。每一个程序模块(Bundle)都有一个自己的类加载器,当需要更换一个Bundle时,就把Bundle连同类加载器一起换掉以实现代码的热替换。在OSGi幻境下,类加载器不再是双亲委派模型中的树状结构,而是进一步发展为更加复杂的网状结构,当受到类加载请求时,OSGi将按照下面的顺序进行类搜索:
1)将java.*开头的类委派给父类加载器加载。
2)否则,将委派列表名单内的类委派给父类加载器加载。
3)否则,将Import列表中的类委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载。
4)否则,查找当前Bundle的ClassPath,使用自己的类加载器加载。
5)否则,查找类是否在自己的Fragment Bundle中,如果在,则委派给Fragment Bundle的类加载器加载。
6)否则,查找Dynamic Import列表的Bundle,委派给对应Bundle的类加载器加载。
7)否则,类加载器失败。