JVM | 类加载器和双亲委派模型

Posted 2021-05-16 后端技术解忧铺

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引言

  在学习虚拟机类加载机制时，我们已经了解虚拟机把描述类的数据从Claas文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，整个生命周期经历了加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载这些阶段，而加载就是类加载的一个阶段，主要完成以下三件事：

1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
3. 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

类加载器

类与类加载器关系

类加载过程

  加载阶段中通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流这个动作就是类加载器实现的。每一个类加载器都有一个独立的类命名空间，同一个类加载器下的两个类进行比较才有意义，否则，不同类加载器下的类，必定不相等。所以，对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身在虚拟机中确认唯一性。

类加载器分类

  大部分Java程序都使用3种系统提供的类加载器：启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。

启动类加载器

  Bootstrap ClassLoader启动类加载器负责将存放在%JAVA_HOME%/lib目录中的或者被-Xbootclasspath参数指定的路径中，且能被虚拟机识别的类库（如rt.jar）加载到虚拟机内存中。
  启动类加载器无法被Java虚拟机直接引用，用户在编写自定义类加载器时，若需要把加载请求委派给引导类加载器，则直接使用null代替即可。

扩展类加载器

  Extension ClassLoader扩展类加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，负责加载%JAVA_HOME%/lib/ext目录中或被java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

应用程序类加载器

  Application ClassLoader应用程序类加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，该类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，一般称为系统类加载器，负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器。若应用程序中未自定义过自己的类加载器，则这个就是程序的默认类加载器。

双亲委派模型

介绍

  如图，类加载器之间的这种层次关系称为类加载器的双亲委派模型，双亲委派模型要求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，类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。

工作流程

1. 若一个类加载器收到类加载的请求，首先会把这个请求委派给父类加载器去完成（搜索范围内找到自己所需的类），而不会自己尝试加载这个类。
2. 每一个层次的类加载器都是将请求委派给父类加载器去完成。
3. 最终，所有的加载请求都应该传送到顶层的启动类加载器中，除非父加载器反馈自己无法完成这个加载请求，子加载器才会尝试自己去加载。

优势

1. Java类随着它的类加载器一起具备一种带有优先级的层次关系。如 rt.jar中存放的类 java.lang.Object，无论哪个类加载器加载该类，最终都是委派给处于模型最顶层的启动类加载器进行加载，Object类在程序的各类记载器环境中都是同一个类。
2. 反之，若不使用双亲委派模型，若用户自己编写了一个同名的 java.lang.Object类并存放到程序的ClassPath中，各个类自定加载则系统中会出现多个不同的Object类。

实现

public abstract class ClassLoader {
    // 委派的父类加载器
    private final ClassLoader parent;

    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先，检查该类是否被加载
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                try {
                    if (parent != null) {
                     //父类加载器不为空，则用该父类加载器
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                     //若父类加载器为空，则使用启动类加载器作为父类加载器
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    //若父类加载器抛出ClassNotFoundException ，
                    //则说明父类加载器无法完成加载请求
                }

                if (c == null) {
        //父类加载器无法完成加载请求时
        //调用自身的findClass()方法进行类加载
                    c = findClass(name);
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }
}

  双亲委派模型的实现都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中。

1. 先检查是否已经被加载过，若没有加载过，则调用父加载器的 loadClass()方法。
2. 若父类加载器为空则默认使用启动类加载器作为父类加载器。
3. 若父类加载器加载失败，抛出 ClassNotFoundException异常后，再调用自身的 findClass()方法进行加载。

refer to 周志明.《.深入理解Java虚拟机》

[每篇微语]

若无子期耳，总负伯牙心。

                        ——秋瑾