Java类加载-双亲委派

Posted 2022-02-10 少时诵诗书

Java类加载-双亲委派

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类加载器

Bootstrap ClassLoader

该类加载器由C++实现的。负责加载Java基础类，对应加载的文件是%JRE_HOME/lib/ 目录下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等

Extension ClassLoader

继承URLClassLoader。对应加载的文件是%JRE_HOME/lib/ext 目录下的jar和class等

App ClassLoader

继承URLClassLoader。对应加载的应用程序classpath目录下的所有jar和class等

Custom ClassLoader

由Java实现。我们可以自定义类加载器，并可以加载指定路径下的class文件

双亲委派

作用:

1. 防止重复加载同一个class
2. 保证核心class不被篡改
   例如：可以避免有人自定义一个有破坏功能的java.lang.Integer被加载。这样可以有效的防止核心Java API被篡改。

机制：

事实上，类的加载分两步，第一步是先检查 逐层类加载器检查是不是加载过这个类，检查完，这个类就在 引导类加载器里了，发现这几层类加载器都没加载过这个类，这时候开始第二步，即从引导类加载器检查，这个类是不是 这个加载器负责加载的，如果是，就直接加载，如果不是就让下一层去尝试加载，如果到了最基层的类加载器都加载不了这个类，就报 classNotFound

经典问题

1. 什么是双亲委派？
   当一个类加载器收到了类加载的请求的时候，他不会直接去加载指定的类，而是把这个请求委托给自己的父加载器去加载。只有父加载器无法加载这个类的时候，才会由当前这个加载器来负责类的加载。一个用户自定义的类，如com.hollis.ClassHollis 是无论如何也不会被Bootstrap和Extention加载器加载的，一般认为上一层加载器是下一层加载器的父加载器，那么，除了BootstrapClassLoader之外，所有的加载器都是有父加载器的。。

2. 为什么需要双亲委派，不委派有什么问题？
   首先，通过委派的方式，可以避免类的重复加载，当父加载器已经加载过某一个类时，子加载器就不会再重新加载这个类。

   可以避免有人自定义一个有破坏功能的java.lang.Integer被加载。这样可以有效的防止核心Java API被篡改。

3. 父子加载器"之间的关系是继承吗？
   双亲委派模型中，类加载器之间的父子关系一般不会以继承（Inheritance）的关系来实现，而是都使用组合（Composition）关系来复用父加载器的代码的。

4. 双亲委派是怎么实现的？
   java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中：

   protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
           throws ClassNotFoundException
       
           synchronized (getClassLoadingLock(name)) 
               // First, check if the class has already been loaded
               Class<?> c = findLoadedClass(name);
               if (c == null) 
                   long t0 = System.nanoTime();
                   try 
                       if (parent != null) 
                           c = parent.loadClass(name, false);
                        else 
                           c = findBootstrapClassOrNull(name);
                       
                    catch (ClassNotFoundException e) 
                       // ClassNotFoundException thrown if class not found
                       // from the non-null parent class loader
                   
   
                   if (c == null) 
                       // If still not found, then invoke findClass in order
                       // to find the class.
                       long t1 = System.nanoTime();
                       c = findClass(name);
   
                       // this is the defining class loader; record the stats
                       sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                       sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                       sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                   
               
               if (resolve) 
                   resolveClass(c);
               
               return c;
           
       
   

   代码不难理解，主要就是以下几个步骤：

   1、先检查类是否已经被加载过 2、若没有加载则调用父加载器的loadClass()方法进行加载 3、若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。 4、如果父类加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。

5. 如何主动破坏双亲委派机制？
   想要破坏这种机制，那么就自定义一个类加载器，重写其中的loadClass方法，使其不进行双亲委派即可。

6. 双亲委派被破坏的例子
   第一种，JDK1.2之前用户自定义的类加载器，第二种，是JNDI、JDBC等需要加载SPI接口实现类的情况，第三种，实现热插拔部署工具，第四种，tomcat等web容器；第五种，OSGI等模块化技术的应用；

7. 为什么JNDI，JDBC等需要破坏双亲委派？

8. 我们日常开发中，大多数时候会通过API的方式调用Java提供的那些基础类，这些基础类时被Bootstrap加载的。

   但是，调用方式除了API之外，还有一种SPI的方式。

   如典型的JDBC服务，我们通常通过以下方式创建数据库连接：

   Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mysql", "root", "1234");
   

   在以上代码执行之前，DriverManager会先被类加载器加载，因为java.sql.DriverManager类是位于rt.jar下面的 ，所以他会被根加载器加载。类加载时，会执行该类的静态方法。其中有一段关键的代码是：

   ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.**class**);
   

   这段代码，会尝试加载classpath下面的所有实现了Driver接口的实现类。

   那么，问题就来了。

   DriverManager是被根加载器加载的，那么在加载时遇到以上代码，会尝试加载所有Driver的实现类，但是这些实现类基本都是第三方提供的，根据双亲委派原则，第三方的类不能被根加载器加载。

   那么，怎么解决这个问题呢？

   于是，就在JDBC中通过引入ThreadContextClassLoader（线程上下文加载器，默认情况下是AppClassLoader）的方式破坏了双亲委派原则。

   我们深入到ServiceLoader.load方法就可以看到：

   public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) 
       ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
       return ServiceLoader.load(service, cl);
   
   

   第一行，获取当前线程的线程上下⽂类加载器 AppClassLoader，⽤于加载 classpath 中的具体实现类。

9. 为什么Tomcat要破坏双亲委派

   我们知道，Tomcat是web容器，那么一个web容器可能需要部署多个应用程序。

   不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本，但是不同版本的类库中某一个类的全路径名可能是一样的。

   如多个应用都要依赖hollis.jar，但是A应用需要依赖1.0.0版本，但是B应用需要依赖1.0.1版本。这两个版本中都有一个类是com.hollis.Test.class。

   如果采用默认的双亲委派类加载机制，那么是无法加载多个相同的类。

   所以，Tomcat破坏双亲委派原则，提供隔离的机制，为每个web容器单独提供一个WebAppClassLoader加载器。

   Tomcat的类加载机制：为了实现隔离性，优先加载 Web 应用自己定义的类，所以没有遵照双亲委派的约定，每一个应用自己的类加载器——WebAppClassLoader负责加载本身的目录下的class文件，加载不到时再交给CommonClassLoader加载，这和双亲委派刚好相反