JVM雙親委派模型知識詳細總結(jié)

更新時間：2021年05月25日 10:30:27 作者：外星喵

今天帶各位小伙伴學習Java虛擬機的相關(guān)知識,文中對JVM雙親委派模型作了非常詳細的介紹,對正在學習java的小伙伴們有很好的幫助,需要的朋友可以參考下

一、簡介

除了頂層的啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）外，其余的類加載器都應當有自己的上層加載器，如果一個類加載器收到了類加載請求，它并不會自己先去加載，而是把這個請求委托給上層的加載器，如果上層類加載器還存在其上層類加載器，則進一步向上委托，依次遞歸，直到請求最終到達頂層的啟動類加載器，從頂層類加載器開始，如果類加載器根據(jù)類的全限定名查詢到已經(jīng)加載過這個類，就成功返回加載過的此類信息，倘若加載器未加載過此類，則原路返回給下層加載器繼續(xù)重復此過程，直到最先加載此類的加載器所有上層加載器都未加載過此類后，此類加載器才會嘗試自己去加載，這便是雙親委派模式。

在這里插入圖片描述

舉個栗子：

假如你是某個企業(yè)員工，你寫了一份方案希望得到執(zhí)行，首先你得拿給你的經(jīng)理去審批吧，經(jīng)理說這個事情他做不了主，于是經(jīng)理就拿給總經(jīng)理看，總經(jīng)理也做不了主，就給董事長看，然后董事長看了看，也看不明白于是讓總經(jīng)理自己拿主意吧，總經(jīng)理仔細一看，這個方案之前公司已經(jīng)做過了，于是讓經(jīng)理去告訴那個員工不用做了，直接用那個做過的方案吧。

二、雙親委派的意義

采用雙親委派模式的是好處是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級的層次關(guān)系，通過這種層級關(guān)系可以避免類的重復加載，當上層類加載器已經(jīng)加載了該類時，就沒有必要下層的ClassLoader再加載一次。

其次是考慮到安全因素，jdk中定義的類不會被隨意替換，假設我們在classpath路徑下自定義一個名為java.lang.Integer的類，通過雙親委托模式傳遞到啟動類加載器，而啟動類加載器通過索引發(fā)現(xiàn)同全限定名的類已被加載，并不會重新加載網(wǎng)絡傳遞的過來的java.lang.Integer，而直接返回已加載過的Integer.class，那么你所定義的類就不會被加載，這樣便可以防止核心API庫被隨意篡改。

如：

package java.lang;

public class Integer {

    public void print(){
        System.out.println("this is Integer.");
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Integer().print();
    }
}

執(zhí)行main方法后輸出如下：

在這里插入圖片描述

三、JVM提供的類加載器

啟動類加載器（BootstrapClassLoader）:由jvm負責管理，主要負責加載核心的類庫(**rt.jar，也就是java.lang.***等)，并構(gòu)造和啟動ExtClassLoader和APPClassLoader。
擴展類加載器（ExtClassLoader）：主要負責加載jre/lib/ext**目錄下的一些擴展的jar。
應用類加載器（AppClassLoader）：主要負責加載classpath下jar包和應用程序的主函數(shù)類。

如果當前類加載器加載的類引用了其它類，那么也會通過遞歸的方式先對其所有引用進行加載。

四、執(zhí)行類加載的五種方式

認識了這三種類加載器，接下來我們看看類加載的五種方式。

1.通過命令行使用java命令啟動應用時由JVM初始化加載含有main()方法的主類。

2.使用new關(guān)鍵字初始化一個對象時

3.通過類對應的Class對象的newInstance()方法

4.通過Class.forName(name)方法動態(tài)加載

5.通過ClassLoader.loadClass(name)方法動態(tài)加載

五、自定義類加載器

java系統(tǒng)為我們提供的三種類加載器，還給出了他們的層次關(guān)系圖，最下面就是自定義類加載器，那么我們?nèi)绾巫约憾x類加載器呢？這主要有兩種方式

（1）遵守雙親委派模型：繼承ClassLoader，重寫findClass方法。

通常我們推薦采用此方式自定義類加載器，最大程度上的遵守雙親委派模型。

findClass(name)查找具有指定全限定名的類。此方法用于遵循加載類的委托模型的類裝入器實現(xiàn)重寫，并將在檢查請求類的父類裝入器之后由loadClass方法調(diào)用。如果該類沒有被加載過且其class文件讀取不到則拋出ClassNotFoundException異常。

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

其實現(xiàn)例子：

package com.aliencat.javabase.classloader;

public class MyClassLoader extends ClassLoader{

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        switch (name){
            case "java.lang.Integer":return Double.class;
            case "com.aliencat.javabase.classloader.LoaderDemo" :  return loadClassFromDisk(name);
        }
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

    //從calsspath下加載類的字節(jié)碼文件
    public byte[] loadClassFromDisk(String name) {
        String classPathRoot = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("").getPath();
        classPathRoot = classPathRoot.substring(1);
        String filePath = classPathRoot + name.replace(".","/") + ".class";
        try(InputStream in = new FileInputStream(filePath) ;
            ByteOutputStream stream = new ByteOutputStream()) {
            byte[] buff = new byte[1024];
            for(int num = 0; (num=in.read(buff)) != -1;){
                stream.write(buff,0,num);
            }
            return stream.toByteArray();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }


    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class clzz = new MyClassLoader().loadClass("com.aliencat.javabase.classloader.LoaderDemo");
        System.out.println(clzz);
        clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.Integer");
        System.out.println(clzz);
        clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.String");
        System.out.println(clzz);
        clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.xxxxx");
        System.out.println(clzz);
    }
}

輸出如下：

在這里插入圖片描述

（2）破壞雙親委派模型：繼承ClassLoader,重寫loadClass方法。

我們先來看下loadClass方法的源碼是怎樣的：

  protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
            throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先，在當前加載器加載過的類中檢查這個類有沒有被加載過
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        //存在上層類加載器，則讓上層取執(zhí)行l(wèi)oadClass方法
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        //讓BootstrapClass類加載器去查找該類
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // 上層類加載器拋出了ClassNotFoundException 則不進行處理

                }

                if (c == null) {

                    long t1 = System.nanoTime();
                    // 如果上層類加載器都沒有找到
                    // 那么這個類加載器自己去找
                    // 如果找到了，則將resolve置為true
                    c = findClass(name);

                    // 這是定義類加載器；記錄統(tǒng)計數(shù)據(jù)
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                //解析此類的信息
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

示例如下：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class clzz = new MyClassLoader().loadClass("com.aliencat.javabase.classloader.ClassTest");
        System.out.println(clzz);
        clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.Double");
        System.out.println(clzz);
        clzz = new MyClassLoader().loadClass("java.lang.String");
        System.out.println(clzz);
    }

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        switch (name) {
            case "java.lang.Double":
                return Integer.class;
            case "java.lang.Object":  //如果去掉此項，則破壞雙親委任的情況下會報找不到Object的NoClassDefFoundError異常
                return Object.class;
            case "com.aliencat.javabase.classloader.ClassTest":
                byte[] bytes = loadClassFromDisk(name);
                if(bytes != null){
                    return defineClass(name,bytes,0,bytes.length);
                }else {
                    return null;
                }
        }
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

    //從calsspath下加載類的字節(jié)碼文件
    public byte[] loadClassFromDisk(String name) {
        String classPathRoot = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("").getPath();
        classPathRoot = classPathRoot.substring(1);
        String filePath = classPathRoot + name.replace(".","/") + ".class";
        try(InputStream in = new FileInputStream(filePath) ;
            ByteOutputStream stream = new ByteOutputStream()) {
            byte[] buff = new byte[1024];
            for(int num = 0; (num=in.read(buff)) != -1;){
                stream.write(buff,0,num);
            }
            return stream.toByteArray();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
            throws ClassNotFoundException {
        synchronized (LoaderDemo.class) {
            // 首先，在當前加載器加載過的類中檢查這個類有沒有被加載過
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                //沒加載過的話就去磁盤對應路徑下去找
                c = findClass(name);
            }
            return c;
        }
    }

}

class ClassTest{

}

輸出如下：

在這里插入圖片描述

所以破壞雙親委托的方法簡單來說就是通過繼承ClassLoader重寫loadClass方法，去掉其中委托給上級加載類的相關(guān)邏輯然后實現(xiàn)自定義的加載類的findClass邏輯。（另外你可以試試把ClassTest替換String的類名是什么效果哦，我就不演示了）

六、總結(jié)

Q:前面說了一堆雙親委托的好處，那么為什么要破壞雙親委托呢？

A:因為在某些情況下父類加載器需要委托子類加載器去加載class文件。受到加載范圍的限制，父類加載器無法加載到需要的文件，以JDBC接口為例，由于JDBC接口定義在jdk當中的，而其實現(xiàn)由各個數(shù)據(jù)庫的服務商來提供，比如mysql的就寫了MySQL-Connector，那么問題就來了，JDBC接口由啟動類加載器加載，而JDBC的實現(xiàn)是由服務商提供的，并不在啟動類加載器的加載目錄下，在不破壞雙親委派的情況下，啟動類加載器下層的類加載器要加載JDBC則必然會返回啟動類加載器中已經(jīng)加載過的接口，那么服務商提供的JDBC就不會被加載，所以需要自定義類加載器破壞雙親委派拿到服務商實現(xiàn)的JDBC接口，這里僅僅是舉了破壞雙親委派的其中一個情況，類似的還有tomcat。

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