java类加载和双亲委派模型浅说
本文目录
- 前言
- 一、类加载器
- 1.1 类加载机制的基本特征
- 1.2 类加载的分类
- 1.3 类加载器
- A、启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）
- B、扩展类加载器（Extension ClassLoader）
- C、应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoaer）
- D、自定义类加载器
- 1.4 类加载器的必要性
- 二、双亲委派模型
- 2.1 概述
- 2.2 双亲委派模型的实现
- 2.3 双亲委派模型优劣势
- 2.3.1 优势
- 2.3.2 劣势
- 2.4 破坏双亲委派模型
- 2.4.1 第一次破坏双亲委派模型
- 2.4.2 第二次破坏双亲委派模型
- 2.4.3 第三次破坏双亲委派模型
- 三、自定义类加载器
- 3.1 为啥要自定义类加载器？
- 3.2 常见的场景
- 3.3 实现方式
- 3.3.1 实现方式
- 3.3.2 两种实现方式的对比
- 3.3.3 说明
前言
之前被问到双亲委派模型和如果没有此模型会导致什么问题，我去，一下子懵了，但下来细想，这不就是问的此模型的优势嘛，我竟然没有答出来，应该是我紧张了，自以为把此模型掌握的很扎实，实则不然，所以再来整理一下相关的知识点。
一、类加载器
说到双亲委派模型，不得不提一下类加载器，再说类加载器之前不得不说类加载的分类和类加载机制。
1.1 类加载机制的基本特征
类加载机制通常有三个基本特征：
A、双亲委派模型：首先说明并不是所有类加载都遵循这个模型。有的时候，启动类加载器所加载的类型，是可能要加载用户代码的，比如JDK内部的SPI机制，用户可以在标准API框架上提供自己的实现，JDK也需要提供些默认的参考实现。比如，java中JNDI，JDBC，文件系统等很多方面，都是利用的这种机制，这种情况就不会用双亲委派模型去加载，而是利用所谓的上下文加载器。
B、可见性：子类加载器可以访问父类加载器加载的类型，凡是反过来是不允许的。不然，因为缺少必要的隔离，我们就没有办法利用类加载器去实现容器的逻辑。
C、单一性：由于父加载器的类型对于子加载器是可见的，所以父加载器中加载过的类型，就不会在子加载器中重复加载。但是注意，类加载器“邻居”间，同一类型仍然可以被加载多次，因为互相并不可见。
1.2 类加载的分类
类的加载分为：显式加载 VS 隐式加载
class文件的显式加载与隐式加载的方式是指JVM加载class文件到内存的方式。
• 显式加载指的是在代码中通过调用ClassLoader加载class对象，如直接使用Class.forName("java.lang.String")或this.getClass().getClassLoader().loadClass()加载class对象。
• 隐式加载是通过虚拟机自动加载到内存中,而不是直接在代码中调用ClassLoader的方法加载class对象，如在加载某个类的class文件时，该类的class文件中引用了另一个类的对象，此时额外引用的类将通过JVM自动加载到内存中。
在日常开发以上两种方式一般会混合使用。
代码示例一
package com.fanhf.javastudy.classloader;/**
* @author fanhf
* @Description 显式和隐式加载
* @date 2021-02-07 14:22
*/
public class UserTest{User user = new User();//隐式加载public static void main(String[] args){try{//显式加载方式1Class clazz = Class.forName("com.fanhf.javastudy.classloader.User");//显式加载方式2Class<?> aClass = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("com.fanhf.javastudy.classloader.User");}catch(ClassNotFoundException e){e.printStackTrace();}}
}
// User类
class User{static {System.out.println("我是User类的初始化");}
}
1.3 类加载器
JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）。
从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器结构如下情况：
除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的“父类”加载器。
不同类加载器看似是继承（Inheritance）关系，实际上是包含关系。在下层加载器中，包含着上层加载器的引用
A、启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）
• 这个类加载使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部
• 它用来加载java的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar或sun.boot.class.path路径下的内容）。用于提供JVM自身需要的类。
• 并不继承自java.lang.ClassLoader，没有父加载器。
• 出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为：java、javax、sun等开头的类
• 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器。
使用-XX:+TraceClassLoading参数得到。
在上面的代码示例一中，加入-XX:+TraceClassLoading的启动参数，可以看到
此处省略许多类…
此处省略许多类…
在代码示例一中，加载了504个类，包括以下包的类
java.lang、java.util、java.io、java.nio、java.net、java.security、
sun.misc、sun.reflect、sun.nio、sun.usagetracker、sun.launcher
B、扩展类加载器（Extension ClassLoader）
• java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
• 继承于ClassLoader类
• 父类加载器为启动类加载器
从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。
类加载器继承关系如下图：
ClassLoader的孩子们：
Launcher类中的实现
C、应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoaer）
• java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现
• 继承于ClassLoader类
• 父类加载器为扩展类加载器
• 它负责加载环境变量classpath或系统属性 java.class.path指定路径下的类库
• 应用程序中的类加载器默认是系统类加载器
• 他是用户自定义类加载器的默认父加载器
通过ClassLoader的getSystemClassLoader() 方法可以获取到该类加载器
D、自定义类加载器
自定义类加载器可以实现应用隔离，比如Tomcat，Spring等中间件和组件框架都在内部实现了自定义的加载器。自定义类加载器通过需要继承自ClassLoader，此类中的loadClass方法中的逻辑就是双亲委派模型的实现，继承ClassLoader后，在jdk1.2之后，不建议去覆盖loadClass方法，而是在findClass方法中实现，findClass就是在loadClass中调用的，当loadClass方法中父类加载器加载失败，就会调用自己写的findClass方法来完成类的加载，这样就可以保证自定义的类加载器也符合双亲委派模型。
通过看源码得知，ClassLoader是一个抽象类，很多方法是空的没有实现，比如findClass()、findResource()等。而URLClassLoader这个实现为这些方法提供了具体的实现。并新增了URLClassPath类协助取得Class字节码流等功能。在编写自定义类加载器时，如果没有太过于复杂的需求，可以直接继承URLClassLoader类，这样就可以避免自己去编写findClass()方法及其获取字节码流的方式，使自定义类加载器编写更加简洁。
1.4 类加载器的必要性
一般情况下，java开发人员并不需要在程序中显式的使用类加载器，但是了解类加载器的加载机制却很重要。从以下几点说明：
• 避免在开发中遇到java.lang.ClassNotFoundException异常或java.lang.NoClassDefFoundError异常时手足无措。只有了解类加载器的加载机制才能够在出现异常的时候快速的根据错误异常日志定位问题。
• 需要支持类的动态加载或需要对编译后的字节码文件进行加解密操作时，就需要和类加载器打交道了。
开发人员可以在程序中编写自定义类加载器来重新定义类的加载规则，以便实现一些自定义的处理逻辑。
赠送面试题：Class.forName()与ClassLoader.loadClass()
• Class.forName():是一个Class类中在静态方法，属于显式加载,最常用的是Class.forName(String className);
根据传入的类的全限定名返回一个Class对象。该方法在将Class文件加载到内存的同时，会执行类的初始化。如：Class.forName(“com.fanhf.javastudy.classloader.ClassLoaderTest”);
• ClassLoader.loadClass()：这是一个实例方法，属于隐式加载，需要一个ClassLoader对象来调用此方法。该方法将Class文件加载到内存时，并不会执行类的初始化，直到这个类第一次使用时才进行初始化。该方法因为需要得到一个ClassLoader对象，所以可以根据需要指定使用哪个类加载器，如：ClassLoader cl=……;
cl.loadClass(“com.fanhf.javastudy.classloader.ClassLoaderTest”)
二、双亲委派模型
简单说完了类加载器和类加载机制，步入正题说一下双亲委派模型
2.1 概述
类加载器用来把类加载到java虚拟机中。从JDK1.2开始，类的加载过程采取双亲委派机制，这种机制能更好的保证java平台的安全。如果一个类加载器在接到加载类的请求时，它首先不会自己尝试去加载这个类，而是把这个请求任务委托给父类加载器去完成，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载器任务，就成功返回。只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。
如下图：
然而，java虚拟机规范中并没有明确要求类加载器的加载机制一定要使用双亲委派模型，只是建议使用这种方式。在tomcat中，缺省的类加载器接到一个类加载任务，会自行加载，加载失败才会委托给它的超类进行加载，这也是Servelet规范推荐的一种做法。
2.2 双亲委派模型的实现
双亲委派机制在java.lang.ClassLoader.loadClass(String,boolean)接口中体现。
重点分析一下loadClass方法
/*
*
* <p> If the class was found using the above steps, and the
* <tt>resolve</tt> flag is true, this method will then invoke the {@link
* #resolveClass(Class)} method on the resulting <tt>Class</tt> object.
*
* 翻译为：如果使用上述步骤找到了该类，并且resolve标志为true，则此方法将在生成的Class上调用 resolveClass（Class）方法对象。
*/
protected Class<?>loadClass(String name,boolean resolve) throws ClassNotFoundException //resolve为true，加载class的同时进行解析操作。
{synchronized(getClassLoadingLock(name)){ //同步操作，保证只能加载一次//First,check if the class has already been loaded//调用{@link findLoadedClass（String）}，以检查是否已加载该类。//首先，在缓存中判断是否已经加载同名的类Class<?> c = findLoadedClass(name);if(c == null){long t0 = System.nanoTime();try{//获取当前类的父类加载器if(parent != null){//如果存在父类加载器，就调用父类的加载器进行类的加载c = parent.loadClass(name,false);}else{//parent是null，说明父类加载器是引导类加载器c = findBootstrapClassOrNull(name);}}catch(ClassNotFoundException e){//ClassNotFoundException thrown if class not found//from the non-null parent classloader}if(c == null){ //当前类的加载器的父类加载器未加载此类 or 当前类的加载器未加载此类//If still not found,then invoke findClassinorder//to find the class.long t1 = System.nanoTime();c = findClass(name);//this is the defining classloader;record the statssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1-t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if(resolve){ //是否进行解析操作resolveClass(c);}return c;}
}
实现逻辑：
1）先在当前类加载器缓存中查找有无目标类，如果不为空，则调用parent.loadClass(name,false)接口进行加载。
2）判断当前加载器的父类加载器是否为空，如果不为空，则调用parent.loadClass(name,false)接口进行加载。
3）反之，如果当前加载器的父类加载器为空，则调用findBootstrapClassOrNull(name)接口，让引导类加载器进行加载。
4）如果通过以上3条路径都没有加载成功，则调用findClass(name)进行加载。该接口最终调用java.lang.ClassLoader 接口的defineClass系列的native接口加载目标java类。
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