Java类加载器( CLassLoader ) : 神秘的双亲委托机制

清疚 2023-07-07 11:16 6阅读 0赞

1. 每个类加载器都有一个parent父加载器  
2. 类加载器之间的层次关系  
3. 类的加载次序  
4 双亲委托机制原理与沙箱机制  
5. forName方法和loadClass方法的关系  
6. 使用组合而不用继承  
7. 各种不同的类加载途径

### 1.每个类加载器都有一个parent父加载器 ###

每个类加载器都有一个parent父加载器，比如加载SystemConfig.class是由AppClassLoader完成，那么AppClassLoader也有一个父加载器，怎么样获取呢？很简单，通过getParent方法。

这里写了一个公共的函数，来取得一个类的加载器的双亲树。代码如下：

/**
    
         * 迭代，显示class loader 和 父加载器
         */
    
        public static void showLoaderTree(ClassLoader loader) {
    
            while (loader != null) {
    
                Logger.info(loader.toString());
    
                loader = loader.getParent();
    
            }
    
        }

这个函数，不断循环，向上显示了父亲、父亲的父亲、父亲的父亲的父亲..，直到为空。

这样，就展示了一棵类加载器的双亲树。

使用上面的函数，演示代码如下：

private static void loaderTreeDemo() throws ClassNotFoundException
    
        {
    
            String className = "com.crazymakercircle.config.SystemConfig";
    
            Class<?> aClass = Class.forName(className);
    
            ClassLoader aLoader=aClass.getClassLoader();
    
    Logger.info("加载器:"+aLoader.toString());
    
            ClassLoaderUtil.showLoaderTree(aLoader);
    
        }

案例路径：com.crazymakercircle.classLoaderDemo.base.ParentTreeDemo

案例提示：无编程不创客、无案例不学习。切记，一定要跑案例哦

案例结果如下：

loaderTreeDemo |>  加载器:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
    
      showLoaderTree |>  sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
    
      showLoaderTree |>  sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@6fdb1f78

这个说明，当前加载器类型为AppClassLoader，而AppClassLoader父加载器类是ExtClassLoader。ExtClassLoader的父加载器，又是谁呢？ 没有了打印。

parent为空表示什么意思呢？

我们先来梳理一下加载器之间的层次关系。

### 2. 类加载器之间的层次关系 ###

下面展示一下Bootstrap 启动类加载器、Extention标准扩展类加载器和App应用类加载器三者之间的关系。

大致整理了如下类似的一幅图片：

[![wps612B.tmp][]][wps612B.tmp 1]

每一个加载器看护一块自己的地盘。 启动Bootstrap 看护的是核心中的核心地盘。

前面讲到，ExtClassLoader的父加载器为空。而上图中，ExtClassLoader的父加载器是Bootstrap 启动类加载器。

实际上，如果一个加载器的parent为空，其父亲加载器就是Bootstrap 启动类加载器。

如果没有特别的设置，自定义加载的parent，默认为App应用加载器。

### 3. 类的加载次序 ###

loadClass 关键源代码，已经在前面有介绍。

下面用一张图，对于类的加载次序，做进一步的介绍。

[![ClassLoader 4.4.3][]][ClassLoader 4.4.3 1]

一般场景下，加载一个类，是从AppClassLoader开始的。

基本的步骤如下：

（1）AppClassLoader查找资源时，不是首先查看自己的地盘是否有这个字节码文件，而是直接委托给父加载器ExtClassLoader。当然，这里有一个假定，就是在AppClassLoader的缓存中，没有找到目标class。比方说，第一次加载一个目标类，这个类是不会在缓存的。

（2）ExtClassLoader查找资源时，也不是首先查看自己的地盘是否有这个字节码文件，而是直接委托给父加载器BootstrapClassLoader。

（3）如果父加载器BootstrapClassLoader在其地盘找到，并且加载成功，则直接返回了；反过来，如果在JVM的核心地盘——%sun.boot.class.path% 中没有找到。则回到ExtClassLoader查找其地盘。

（4）如果父加载器ExtClassLoader在自己的地盘找到，并且加载成功，也直接返回了；反过来，如果在ExtClassLoader的地盘——%java.ext.dirs% 中没有找到。则回到AppClassLoader自己的地盘。

（5）于是乎，逗了一大圈，终于回到了自己的地盘。还附带了两条件，就是前面的老大们没有搞定，否则也没有AppClassLoader啥事情了。

（6）AppClassLoader在自己的地盘找到，这个地盘就是%java.class.path%路径下查找。找到就返回。

（7）最终，如果没有找到，就抛出异常了。

这个过程，就是一个典型的双亲委托机制的一次执行流程。

什么是双亲委托机制呢？

### 4. 双亲委托机制原理与沙箱机制 ###

双亲委派模型的的原理是：

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中。只有当父加载器反馈自己无法完全这个加载请求时，子加载器才会尝试自己去加载。

为什么要使用这种双亲委托模式呢？

因为这样可以避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。

双亲委托机制，也就构成了JVM 的类的沙箱机制。

沙箱机制是由基于双亲委派机制上采取的一种JVM的自我保护机制，假设你要写一个java.lang.String 的类，由于双亲委派机制的原理，此请求会先交给Bootstrap试图进行加载，但是Bootstrap在加载类时首先通过包和类名查找rt.jar中有没有该类，有则优先加载rt.jar包中的类，因此就保证了java的运行机制不会被破坏。

### 5. forName方法和loadClass方法的关系 ###

说到这里，顺便回答一下前面提出的一个问题。

前面提到，explicit显式方式，又分两种方式:

一是：java.lang.Class的forName()方法；

二是：java.lang.ClassLoader的loadClass()方法。

二者的区别和联系是什么呢？

首先看联系：

Class.forName使用的是调用者的类加载器loadClass()方法来加载类的。

其次看区别。

当调用Class.forName(String)载入class时执行，会完整的完成前面提到的五步工作，就是加载、验证、准备、解析、初始化。

如果调用ClassLoader.loadClass(String)载入class时，会执行加载、验证、准备、解析的前面四步，并不会执行第五步——初始化。这是，类的static块没有被执行。需要在第一次实例化时执行，比如第一次执行 Class.newInstance() 操作时。

### 6. 使用组合而不用继承 ###

### 7. 各种不同的类加载途径 ###

Java类不是一次性加载的，而是动态被加载到内存。这是java的一大特点，也称为运行时绑定，或动态绑定。

除了通过Java内置的三大加载器，从JVM中系统属性中设置的三大地盘加载Java类，还存在以下的获取Class文件途径：

（1）从ZIP包中读取。很常见，最终成为日后JAR，WAR，EAR格式的基础。

（2）从网络中获取。这种场景典型的就是Applet。

（3）运行时计算生成。典型的情景就是java动态代理技术。

（4）从其他文件中生成。典型场景是JSP应用，即由JSP文件生成对应的Class类。

（5）从不方便加入到%java.class.path%其他的文件目录获取。

如何实现以上的途径呢？

具体的方法是：通自定义的类加载器，去加载其他途径的类。

[wps612B.tmp]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9pbWcyMDE4LmNuYmxvZ3MuY29tL2Jsb2cvMTQ4NTM5OC8yMDE4MTAvMTQ4NTM5OC0yMDE4MTAyMDAwMjE1OTQxNS03Mzk1NTM5MDIucG5n?x-oss-process=image/format,png
[wps612B.tmp 1]: https://img2018.cnblogs.com/blog/1485398/201810/1485398-20181021093040150-500612036.png
[ClassLoader 4.4.3]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9pbWcyMDE4LmNuYmxvZ3MuY29tL2Jsb2cvMTQ4NTM5OC8yMDE4MTAvMTQ4NTM5OC0yMDE4MTAyMDAwMjIwMDM1MC0xNDkyODY1NzU0LnBuZw?x-oss-process=image/format,png
[ClassLoader 4.4.3 1]: https://img2018.cnblogs.com/blog/1485398/201810/1485398-20181020002159982-859881601.png