java类加载与双亲委派模型

一、类的声明周期

编写的Java代码需要经过编译器编译为class文件（从本地机器码转变为字节码的过程），class文件是一组以8位字节为基础的二进制流，这些二进制流分别以一定形式表示着魔数（用于标识是否是一个能被虚拟机接收的Class文件）、版本号、字段表、访问标识等内容。代码编译为class文件后，需要通过类加载器把class文件加载到虚拟机中才能运行和使用。类从被加载到内存到使用完成被卸载出内存，需要经历加载、连接、初始化、使用、卸载这几个过程，其中连接又可以细分为验证、准备、解析。 

 

二、类加载器

（1）类加载器的作用

• 加载class：类加载的加载阶段的第一个步骤，就是通过类加载器来完成的，类加载器的主要任务就是“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”，在这里，类加载器加载的二进制流并不一定要从class文件中获取，还可以从其他格式如zip文件中读取、从网络或数据库中读取、运行时动态生成、由其他文件生成（比如jsp生成class类文件）等。 
  从程序员的角度来看，类加载器动态加载class文件到虚拟机中，并生成一个java.lang.Class实例，每个实例都代表一个java类，可以根据该实例得到该类的信息，还可以通过newInstance()方法生成该类的一个对象。

• 确定类的唯一性：类加载器除了有加载类的作用，还有一个举足轻重的作用，对于每一个类，都需要由加载它的加载器和这个类本身共同确立这个类在Java虚拟机中的唯一性。也就是说，两个相同的类，只有是在同一个加载器加载的情况下才“相等”，这里的“相等”是指代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果，也包括instanceof关键字对对象所属关系的判定结果。

（2）类加载器的分类

以开发人员的角度来看，类加载器分为如下几种：启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）、应用程序类加载器（Application ClassLoader）和自定义类加载器（User ClassLoader），其中启动类加载器属于JVM的一部分，其他类加载器都用java实现，并且最终都继承自java.lang.ClassLoader。

① 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）是由C/C++编译而来的，看不到源码，所以在java.lang.ClassLoader源码中看到的Bootstrap ClassLoader的定义是native的“private native Class findBootstrapClass(String name);”。启动类加载器主要负责加载JAVA_HOMElib目录或者被-Xbootclasspath参数指定目录中的部分类，具体加载哪些类可以通过“System.getProperty(“sun.boot.class.path”)”来查看。

② 扩展类加载器（Extension ClassLoader）由sun.misc.Launcher.ExtClassLoader实现，负责加载JAVA_HOMElibext目录或者被java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库，可以用通过“System.getProperty(“java.ext.dirs”)”来查看具体都加载哪些类。

③ 应用程序类加载器（Application ClassLoader）由sun.misc.Launcher.AppClassLoader实现，负责加载用户类路径（我们通常指定的classpath）上的类，如果程序中没有自定义类加载器，应用程序类加载器就是程序默认的类加载器。

④ 自定义类加载器（User ClassLoader），JVM提供的类加载器只能加载指定目录的类（jar和class），如果我们想从其他地方甚至网络上获取class文件，就需要自定义类加载器来实现，自定义类加载器主要都是通过继承ClassLoader或者它的子类来实现，但无论是通过继承ClassLoader还是它的子类，最终自定义类加载器的父加载器都是应用程序类加载器，因为不管调用哪个父类加载器，创建的对象都必须最终调用java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader()作为父加载器，getSystemClassLoader()方法的返回值是sun.misc.Launcher.AppClassLoader即应用程序类加载器。

三、ClassLoader与双亲委派模型

下面看一下类加载器java.lang.ClassLoader中的核心逻辑loadClass()方法：

protected Class loadClass(String name, boolean resolve)
       throws ClassNotFoundException
   {
       synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
           // 检查该类是否已经加载过
           Class c = findLoadedClass(name);
           if (c == null) {
               long t0 = System.nanoTime();
               try {
                   if (parent != null) {//如果父加载器不为空，就用父加载器加载类
                       c = parent.loadClass(name, false);
                   } else {//如果父加载器为空，就用启动类加载器加载类
                       c = findBootstrapClassOrNull(name);
                   }
               } catch (ClassNotFoundException e) {
               }

               if (c == null) {//如果上面用父加载器还没加载到类，就自己尝试加载
                   long t1 = System.nanoTime();
                   c = findClass(name);
                   sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                   sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                   sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
               }
           }
           if (resolve) {
               resolveClass(c);
           }
           return c;
       }
   }

这段代码的主要意思就是当一个类加载器加载类的时候，如果有父加载器就先尝试让父加载器加载，如果父加载器还有父加载器就一直往上抛，一直把类加载的任务交给启动类加载器，然后启动类加载器如果加载不到类就会抛出ClassNotFoundException异常，之后把类加载的任务往下抛，如下图：

 

 

通过上图的类加载过程，就引出了一个比较重要的概念——双亲委派模型，如下图展示的层次关系，双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器之外，其他的类加载器都应该有一个父类加载器，但是这种父子关系并不是继承关系，而是像上面代码所示的组合关系。 

双亲委派模型的工作过程是，如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会加载类，而是把这个请求委派给它上一层的父加载器，每层都如此，所以最终请求会传到启动类加载器，然后从启动类加载器开始尝试加载类，如果加载不到（要加载的类不在当前类加载器的加载范围），就让它的子类尝试加载，每层都是如此。

那么双亲委派模型有什么好处呢？最大的好处就是它让Java中的类跟类加载器一样有了“优先级”。前面说到了对于每一个类，都需要由加载它的加载器和这个类本身共同确立这个类在Java虚拟机中的唯一性，比如java.lang.Object类（存放在JAVA_HOMElibt.jar中），如果用户自己写了一个java.lang.Object类并且由自定义类加载器加载，那么在程序中是不是就是两个类？所以双亲委派模型对保证Java稳定运行至关重要。

 

本文转自：https://mp.weixin.qq.com/s/ZZSC2YDmgncah7VHnsvyxA