图解类加载器和双亲委派机制，一看就懂

Posted 2021-10-12 Java鱼仔

（一）概述

我们都知道Java代码会被编译成class文件，在class文件中描述了该类的各种信息，class类最终需要被加载到虚拟机中才能运行和使用。

虚拟机把Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成虚拟机可以直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

（二）类加载的过程

一个类从被加载到卸载出内存，一共包含下面七个阶段：

加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载

加载的来源有以下部分：

1、本地磁盘

2、网络下载的.class文件

3、war，jar下加载.class文件

4、从专门的数据库中读取.class文件（少见）

5、将java源文件动态编译成class文件，典型的就是动态代理，通过运行时生成class文件

加载的过程是通过类加载器实现的。有关类加载的其他过程我会在下一章中介绍。

（三）类加载器的分类

类加载器分为系统级别和用户级别：

系统级别的类加载器有：

1、启动类加载器（底层使用C++实现）

2、扩展类加载器（底层使用java实现，是ClassLoader的子类）

3、应用程序类加载器（底层使用java实现，是ClassLoader的子类）

用户级别的类加载器我们统一称为自定义类加载器。

3.1 启动类加载器

首先我们来看看启动类加载器加载了哪些类，启动类加载器负责加载sun.boot.class.path：

public static void bootClassLoaderLoadingPath(){
    //获取启动列加载器加载的目录
    String bootStrapLoadingPath=System.getProperty("sun.boot.class.path");
    //把加载的目录转为集合
    List<String> bootLoadingPathList= Arrays.asList(bootStrapLoadingPath.split(";"));
    for (String bootPath:bootLoadingPathList){
        System.out.println("启动类加载器加载的目录："+bootPath);
    }
}

通过上面的代码我们可以获取到启动类加载器所加载的类：

3.2 拓展类加载器

扩展类加载器加载负责加载java.ext.dirs，我们同样写一段代码去加载它：

public static void extClassLoaderLoadingPath(){
    //获取启动列加载器加载的目录
    String bootStrapLoadingPath=System.getProperty("java.ext.dirs");
    //把加载的目录转为集合
    List<String> bootLoadingPathList= Arrays.asList(bootStrapLoadingPath.split(";"));
    for (String bootPath:bootLoadingPathList){
        System.out.println("拓展类加载器加载的目录："+bootPath);
    }
}

可以看到，除了加载了JDK目录下的ext外，还加载了Sun目录下的ext

3.3 应用程序类加载器

最后是应用类加载器，它负责加载java.class.path：

public static void appClassLoaderLoadingPath(){
    //获取启动列加载器加载的目录
    String bootStrapLoadingPath=System.getProperty("java.class.path");
    //把加载的目录转为集合
    List<String> bootLoadingPathList= Arrays.asList(bootStrapLoadingPath.split(";"));
    for (String bootPath:bootLoadingPathList){
        System.out.println("应用程序类加载器加载的目录："+bootPath);
    }
}

它负责加载工程目录下classpath下的class以及jar包。

（四）双亲委派模型

所谓双亲委派模型，就是指一个类接收到类加载请求后，会把这个请求依次传递给父类加载器（如果还有的话），如果顶层的父类加载器可以加载，就成功返回，如果无法加载，再依次给子加载器去加载。

我们先通过代码来看一下类加载器的层级结构：

public class ClassLoaderPath {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ClassLoaderPath.class.getClassLoader());
        System.out.println(ClassLoaderPath.class.getClassLoader().getParent());
        System.out.println(ClassLoaderPath.class.getClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

编写一个类，依次输出这个类的类加载器，父类加载器，父类的父类加载器

可以看到首先是应用程序类加载器，它的父类是扩展类加载器，扩展类加载器的父类输出了一个null，这个null会去调用启动类加载器。如果你不信，我们看源码：ClassLoader类

接着从父类加载器往下调用findClass，如果可以加载，就直接返回class，如果不能加载，就依次向下。如果到了自定义加载器还是无法被加载，就会抛出ClassNotFound异常。

我画了一个流程图来展示双亲委派模型的全过程：

双亲委派模型保证了Java程序的稳定运行，可以避免类的重复加载，也保证了 Java 的核心 API 不被篡改。

（五）破坏双亲委派

双亲委派模型并不是绝对的，spi机制就可以打破双亲委派模型。

首先我们需要了解什么是spi，spi(Service Provider Interface)是一种服务发现机制，Java在核心库中定义了许多接口，并且针对这些接口给出调用逻辑，但是并未给出具体的实现。开发者要做的就是定制一个实现类，在 META-INF/services 中注册实现类信息，以供核心类库使用。最典型的就是JDBC。

Java提供了一个Driver接口用于驱动各个厂商的数据库连接，Driver类位于JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar中，应该由Bootstrap类加载器进行加载。根据类加载机制，当被加载的类引用了另外一个类的时候，虚拟机就会使用加载该类的类加载器加载被引用的类，因此如果其他数据库厂商定制了Driver的实现类之后，按理说也得把这个实现类放到启动类加载器加载的目录下，这显然是很不合理的。

于是Java提供了spi机制，即使Driver由启动类加载器去加载，但是他可以让线程上下文加载器（Thread Context ClassLoader）去请求子类加载器去完成加载，默认是应用程序类加载器。但是这确实破坏了类加载机制。