Java虚拟机详解（十一）------双亲委派模型

Bertha 。 2023-06-27 12:53 62阅读 0赞

在上一篇博客，我们介绍了[类加载过程][Link 1]，包括5个阶段，分别是“加载”，“验证”，“准备”，“解析”，“初始化”，如下图所示：

![1120165-20191120204213326-1178311294.png][]

本篇博客，我们来介绍Java虚拟机的双亲委派模型，在介绍之前，我先抛出一个问题：

我们知道，在JDK源码中，有各种Java自带的类，比如java.lang.String，java.util.List等，那么我们自己的项目中，能够写一个命名为java.lang.String.java 等JDK源码中存在的类，并且在项目中使用吗？

### 1、类加载器 ###

什么是类加载器？上篇博客我们介绍类加载过程中的第一个阶段——加载，作用是“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制流”，那么这个加载过程就是由类加载器来完成的。

从Java虚拟机的角度出发，只存在两种不同的类加载器，一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用 C++ 语言实现，是虚拟机自身的一部分；另一种是所有其它的类加载器，这些类加载器都是由Java语言实现的。但是从Java开发人员的角度来看，类加载器可以细分为如下四种：

**①、启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）**

**　　**负责将存放在 **<JAVA\_HOME>/lib** 目录中的，或者被**-Xbootclasspath** 参数所指定的路径中的，并且是虚拟机按照文件名识别的（仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。  
**　　**启动类加载器无法被Java程序直接引用。

JDK 中的源码类大都是由启动类加载器加载，比如前面说的 java.lang.String，java.util.List等，需要注意的是，启动类 main Class 也是由启动类加载器加载。

**②、扩展类加载器（Extension ClassLoader）**

这个类加载器由 **sun.misc.Launcher$ExtClassLoader** 实现，负责加载**＜JAVA\_HOME＞/lib/ext** 目录中的，或者被 **java.ext.dirs** 系统变量所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。

**③、应用程序类加载器（Application ClassLoader）**

由 **sun.misc.Launcher$AppClassLoader** 实现。由于这个类加载器是 ClassLoader.getSystemClassLoader() 方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。

它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。如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

通常项目中自定义的类，都会放在类路径下，由应用程序类加载器加载。

**④、自定义类加载器（User ClassLoader）**

这是由用户自己定义的类加载器，一般情况下我们不会自定义类加载器，但有些特殊情况，比如JDBC能够通过连接各种不同的数据库就是自定义类加载器来实现的，具体用处会在后文详细介绍。

### 2、双亲委派模型 ###

回到文章开头提出的问题，如果有不法分子在你项目中构造了一个java.lang.String类，并在该类中植入了一些不良代码，但你自己浑然不知，以为使用的String类还是 rt.jar 包下的，那可能会给你系统造成不良的影响。

聪明的Java虚拟机实现者也想到了这个问题，于是，他们引入了 双亲委派模型来解决这个问题。

下面是双亲委派模型的加载流程机制：

![1120165-20191120214652222-1119089831.png][]

总结来说：**双亲委派机制就是如果一个类加载器收到了类加载请求，它首先不会自己尝试去加载这个类，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，只有父类加载器反馈到无法完成这个加载请求（它的搜索范围没有找到这个类），子加载器才会尝试自己去加载。**

其实，这里叫双亲委派可能有点不妥，因为按道理来讲只有父加载器，这里的“双亲”是“parents”的直译，并不表示汉语中的父母双亲。另外，这里的父加载器也不是继承的关系。

1 /**
     2  * Create by YSOcean
     3  */
     4 public class ClassLoadTest {
     5     public static void main(String[] args) {
     6         ClassLoader classLoader1 = ClassLoadTest.class.getClassLoader();
     7         ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
     8         ClassLoader classLoader3 = classLoader2.getParent();
     9         System.out.println(classLoader1);
    10         System.out.println(classLoader2);
    11         System.out.println(classLoader3);
    12     }
    13 }

输出为：

![1120165-20191121212405623-1118554825.png][]

那么知道了什么是双亲委派机制，双亲委派机制有什么好处呢?

回到上面提出的问题，如果你自定义了一个 java.lang.String类，你会发现这个自定义的String.java**可以正常编译，但是永远无法被加载运行**。因为加载这个类的加载器，会一层一层的往上推，最终由启动类加载器来加载，而启动类加载的会是源码包下的String类，不是你自定义的String类。

### 3、双亲委派模型实现源码 ###

可以打开 java.lang.ClassLoader 类，其 loadClass方法如下：

1     protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
     2         throws ClassNotFoundException
     3     {
     4         synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
     5             // First, check if the class has already been loaded
     6             Class<?> c = findLoadedClass(name);
     7             if (c == null) {
     8                 long t0 = System.nanoTime();
     9                 try {
    10                     if (parent != null) {
    11                         c = parent.loadClass(name, false);
    12                     } else {
    13                         c = findBootstrapClassOrNull(name);
    14                     }
    15                 } catch (ClassNotFoundException e) {
    16                     // ClassNotFoundException thrown if class not found
    17                     // from the non-null parent class loader
    18                 }
    19 
    20                 if (c == null) {
    21                     // If still not found, then invoke findClass in order
    22                     // to find the class.
    23                     long t1 = System.nanoTime();
    24                     c = findClass(name);
    25 
    26                     // this is the defining class loader; record the stats
    27                     sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
    28                     sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
    29                     sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
    30                 }
    31             }
    32             if (resolve) {
    33                 resolveClass(c);
    34             }
    35             return c;
    36         }
    37     }

实现方式很简单，首先会检查该类是否已经被加载过了，若加载过了直接返回（默认resolve取false）；若没有被加载，则调用父类加载器的 loadClass方法，若父类加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父类加载失败，则在抛出 ClassNotFoundException 异常后，在调用自己的 findClass 方法进行加载。

### 4、自定义类加载器 ###

先说说我们为什么要自定义类加载器？

**①、加密**

我们知道Java字节码是可以进行反编译的，在某些安全性高的场景，是不允许这种情况发生的。那么我们可以将编译后的代码用某种加密算法进行加密，加密后的文件就不能再用常规的类加载器去加载类了。而我们自己可以自定义类加载器在加载的时候先解密，然后在加载。

**②、动态创建**

比如很有名的动态代理。

**③、从非标准的来源加载代码**

我们不用非要从class文件中获取定义此类的二进制流，还可以从数据库，从网络中，或者从zip包等。

明白了为什么要自定义类加载器，接下来我们再来详述如何自定义类加载器。

通过第 3 小节的 java.lang.ClassLoader 类的源码分析，类加载时根据双亲委派模型会先一层层找到父加载器，如果加载失败，则会调用当前加载器的 findClass() 方法来完成加载。因此我们自定义类加载器，有两个步骤：

1、**继承 ClassLoader**

**　　2、覆写 findClass() 方法**

[Link 1]: https://www.cnblogs.com/ysocean/p/11427536.html
[1120165-20191120204213326-1178311294.png]: https://img2018.cnblogs.com/blog/1120165/201911/1120165-20191120204213326-1178311294.png
[1120165-20191120214652222-1119089831.png]: https://img2018.cnblogs.com/blog/1120165/201911/1120165-20191120214652222-1119089831.png
[1120165-20191121212405623-1118554825.png]: https://img2018.cnblogs.com/blog/1120165/201911/1120165-20191121212405623-1118554825.png