JVM雙親委派模型知識詳細總結
一、簡介
除瞭頂層的啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）外，其餘的類加載器都應當有自己的上層加載器，如果一個類加載器收到瞭類加載請求，它並不會自己先去加載，而是把這個請求委托給上層的加載器，如果上層類加載器還存在其上層類加載器，則進一步向上委托，依次遞歸，直到請求最終到達頂層的啟動類加載器，從頂層類加載器開始，如果類加載器根據類的全限定名查詢到已經加載過這個類，就成功返回加載過的此類信息，倘若加載器未加載過此類，則原路返回給下層加載器繼續重復此過程，直到最先加載此類的加載器所有上層加載器都未加載過此類後，此類加載器才會嘗試自己去加載，這便是雙親委派模式。
舉個栗子：
假如你是某個企業員工，你寫瞭一份方案希望得到執行，首先你得拿給你的經理去審批吧，經理說這個事情他做不瞭主，於是經理就拿給總經理看，總經理也做不瞭主，就給董事長看，然後董事長看瞭看，也看不明白於是讓總經理自己拿主意吧，總經理仔細一看，這個方案之前公司已經做過瞭，於是讓經理去告訴那個員工不用做瞭，直接用那個做過的方案吧。
二、雙親委派的意義
采用雙親委派模式的是好處是Java類隨著它的類加載器一起具備瞭一種帶有優先級的層次關系，通過這種層級關系可以避免類的重復加載，當上層類加載器已經加載瞭該類時，就沒有必要下層的ClassLoader再加載一次。
其次是考慮到安全因素，jdk中定義的類不會被隨意替換，假設我們在classpath路徑下自定義一個名為java.lang.Integer的類，通過雙親委托模式傳遞到啟動類加載器，而啟動類加載器通過索引發現同全限定名的類已被加載，並不會重新加載網絡傳遞的過來的java.lang.Integer，而直接返回已加載過的Integer.class，那麼你所定義的類就不會被加載，這樣便可以防止核心API庫被隨意篡改。
如：
package java.lang;
public class Integer {
public void print(){
System.out.println("this is Integer.");
}
public static void main(String[] args) {
new Integer().print();
}
}
執行main方法後輸出如下：
三、JVM提供的類加載器
- 啟動類加載器（BootstrapClassLoader）:由jvm負責管理，主要負責加載核心的類庫(**rt.jar，也就是java.lang.***等)，並構造和啟動ExtClassLoader和APPClassLoader。
- 擴展類加載器（ExtClassLoader）：主要負責加載jre/lib/ext**目錄下的一些擴展的jar。
- 應用類加載器（AppClassLoader）：主要負責加載classpath下jar包和應用程序的主函數類。
如果當前類加載器加載的類引用瞭其它類，那麼也會通過遞歸的方式先對其所有引用進行加載。
四、執行類加載的五種方式
認識瞭這三種類加載器，接下來我們看看類加載的五種方式。
1.通過命令行使用java命令啟動應用時由JVM初始化加載含有main()方法的主類。
2.使用new關鍵字初始化一個對象時
3.通過類對應的Class對象的newInstance()方法
4.通過Class.forName(name)方法動態加載
5.通過ClassLoader.loadClass(name)方法動態加載
五、自定義類加載器
java系統為我們提供的三種類加載器，還給出瞭他們的層次關系圖，最下面就是自定義類加載器，那麼我們如何自己定義類加載器呢？這主要有兩種方式
（1）遵守雙親委派模型：繼承ClassLoader，重寫findClass方法。
通常我們推薦采用此方式自定義類加載器，最大程度上的遵守雙親委派模型。
findClass(name)查找具有指定全限定名的類。此方法用於遵循加載類的委托模型的類裝入器實現重寫，並將在檢查請求類的父類裝入器之後由loadClass方法調用。如果該類沒有被加載過且其class文件讀取不到則拋出ClassNotFoundException異常。
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
其實現例子：
package com.aliencat.javabase.classloader;
public class MyClassLoader extends ClassLoader{
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
switch (name){
case "java.lang.Integer":return Double.class;
case "com.aliencat.javabase.classloader.LoaderDemo" : return loadClassFromDisk(name);
}
throw new ClassNotFoundException(name);
}
//從calsspath下加載類的字節碼文件
public byte[] loadClassFromDisk(String name) {
String classPathRoot = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("").getPath();
classPathRoot = classPathRoot.substring(1);
String filePath = classPathRoot + name.replace(".","/") + ".class";
try(InputStream in = new FileInputStream(filePath) ;
ByteOutputStream stream = new ByteOutputStream()) {
byte[] buff = new byte[1024];
for(int num = 0; (num=in.read(buff)) != -1;){
stream.write(buff,0,num);
}
return stream.toByteArray();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Class clzz = new MyClassLoader().loadClass("com.aliencat.javabase.classloader.LoaderDemo");
System.out.println(clzz);
clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.Integer");
System.out.println(clzz);
clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.String");
System.out.println(clzz);
clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.xxxxx");
System.out.println(clzz);
}
}
輸出如下：
（2）破壞雙親委派模型：繼承ClassLoader,重寫loadClass方法。
我們先來看下loadClass方法的源碼是怎樣的：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 首先，在當前加載器加載過的類中檢查這個類有沒有被加載過
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
//存在上層類加載器，則讓上層取執行loadClass方法
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//讓BootstrapClass類加載器去查找該類
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// 上層類加載器拋出瞭ClassNotFoundException 則不進行處理
}
if (c == null) {
long t1 = System.nanoTime();
// 如果上層類加載器都沒有找到
// 那麼這個類加載器自己去找
// 如果找到瞭，則將resolve置為true
c = findClass(name);
// 這是定義類加載器；記錄統計數據
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
//解析此類的信息
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
示例如下：
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Class clzz = new MyClassLoader().loadClass("com.aliencat.javabase.classloader.ClassTest");
System.out.println(clzz);
clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.Double");
System.out.println(clzz);
clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.String");
System.out.println(clzz);
}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
switch (name) {
case "java.lang.Double":
return Integer.class;
case "java.lang.Object": //如果去掉此項，則破壞雙親委任的情況下會報找不到Object的NoClassDefFoundError異常
return Object.class;
case "com.aliencat.javabase.classloader.ClassTest":
byte[] bytes = loadClassFromDisk(name);
if(bytes != null){
return defineClass(name,bytes,0,bytes.length);
}else {
return null;
}
}
throw new ClassNotFoundException(name);
}
//從calsspath下加載類的字節碼文件
public byte[] loadClassFromDisk(String name) {
String classPathRoot = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("").getPath();
classPathRoot = classPathRoot.substring(1);
String filePath = classPathRoot + name.replace(".","/") + ".class";
try(InputStream in = new FileInputStream(filePath) ;
ByteOutputStream stream = new ByteOutputStream()) {
byte[] buff = new byte[1024];
for(int num = 0; (num=in.read(buff)) != -1;){
stream.write(buff,0,num);
}
return stream.toByteArray();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
synchronized (LoaderDemo.class) {
// 首先，在當前加載器加載過的類中檢查這個類有沒有被加載過
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
//沒加載過的話就去磁盤對應路徑下去找
c = findClass(name);
}
return c;
}
}
}
class ClassTest{
}
輸出如下：
所以破壞雙親委托的方法簡單來說就是通過繼承ClassLoader重寫loadClass方法，去掉其中委托給上級加載類的相關邏輯然後實現自定義的加載類的findClass邏輯。（另外你可以試試把ClassTest替換String的類名是什麼效果哦，我就不演示瞭）
六、總結
Q:前面說瞭一堆雙親委托的好處，那麼為什麼要破壞雙親委托呢？
A:因為在某些情況下父類加載器需要委托子類加載器去加載class文件。受到加載范圍的限制，父類加載器無法加載到需要的文件，以JDBC接口為例，由於JDBC接口定義在jdk當中的，而其實現由各個數據庫的服務商來提供，比如mysql的就寫瞭MySQL-Connector，那麼問題就來瞭，JDBC接口由啟動類加載器加載，而JDBC的實現是由服務商提供的，並不在啟動類加載器的加載目錄下，在不破壞雙親委派的情況下，啟動類加載器下層的類加載器要加載JDBC則必然會返回啟動類加載器中已經加載過的接口，那麼服務商提供的JDBC就不會被加載，所以需要自定義類加載器破壞雙親委派拿到服務商實現的JDBC接口，這裡僅僅是舉瞭破壞雙親委派的其中一個情況，類似的還有tomcat。
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