Java类加载-双亲委派

2022/2/10 11:13:52

本文主要是介绍Java类加载-双亲委派,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

Java类加载-双亲委派

目录
  • Java类加载-双亲委派
    • 类加载器
    • 双亲委派
    • 经典问题

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



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