JVM双亲委派机制和沙箱安全机制的区别和联系

目录

一、什么是双亲委派机制

二、双亲委派机制的应用

三、什么是沙箱安全机制

四、沙箱安全机制的应用

五、双亲委派机制沙箱安全机制的区别和联系

一、什么是双亲委派机制

JVM的双亲委派机制是指，在类加载器加载一个类时，首先会将请求交给父类加载器处理，如果父类加载器无法加载该类，则会将请求转发给自己来处理。如果自己也无法处理，则会将请求再次向上转发给父类加载器，直到顶级父类加载器（Bootstrap ClassLoader）。

这种机制可以保证类的唯一性和安全性，因为在父类加载器中已经加载过的类会被缓存起来供后续使用，从而避免了重复加载和类冲突的问题。同时由于顶级父类加载器只加载JDK提供的核心类库，所以可以有效地防止恶意代码的注入和执行。

 

二、双亲委派机制的应用

JVM双亲委派机制的应用场景非常广泛，下面是一个简单的例子：

假设我们在编写Java程序时需要使用到一个第三方库（例如apache commons-lang3），那么我们可以通过Maven等构建工具将该库添加到项目中，并在程序中引用该库中的类。

在程序执行时，JVM会根据类路径查找并加载所需的类。由于apache commons-lang3库中的类并不是JDK核心库所提供的，因此JVM会先将类加载请求转发给父类加载器（例如ExtClassLoader或Bootstrap ClassLoader）来处理，如果父加载器无法加载该类，那么再由当前类加载器（例如AppClassLoader）来尝试加载该类。

假如我们自己编写的程序与apache commons-lang3库中都定义了同名的类，则根据JVM的双亲委派机制，父类加载器会优先加载自己所缓存的类，而避免了命名冲突的问题。

另外，JVM的双亲委派机制还可以保证第三方库的安全性，因为JDK核心库和扩展库都是由Bootstrap ClassLoader和ExtClassLoader加载的，而这些类加载器只会加载JDK提供的核心类库，从而避免恶意代码的注入和执行。

以下是一个简单的Java代码示例，演示了JVM双亲委派机制的应用：

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        
        System.out.println(systemClassLoader);  // 输出结果：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        
        // 获取系统类加载器的父类加载器
        ClassLoader extensionClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        
        System.out.println(extensionClassLoader);  // 输出结果：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@6f94fa3e
        
        // 获取扩展类加载器的父类加载器，返回null表示已经到达顶级父类加载器
        ClassLoader bootstrapClassLoader = extensionClassLoader.getParent();
        
        System.out.println(bootstrapClassLoader);  // 输出结果：null
    }
}

在上面的例子中，我们利用Java反射API获取了当前线程的系统类加载器（即应用程序类加载器），然后通过调用getParent()方法获取了其父类加载器。由于Java虚拟机的类加载器都是通过双亲委派机制来进行加载的，因此系统类加载器的父类加载器就是扩展类加载器，而扩展类加载器的父类加载器则是顶级父类加载器（Bootstrap ClassLoader），输出为null。这个例子说明了JVM双亲委派机制的实现方式。

 

三、什么是沙箱安全机制

JVM的沙箱安全机制指的是，JVM在执行Java程序时采用了一系列安全措施来防止恶意代码对系统造成损害。这些措施包括以下几个方面：

1. 类加载器隔离：JVM通过使用不同的类加载器来实现不同类之间的隔离，避免了恶意代码对其他类的影响。

2. 字节码验证：在类加载时，JVM会对字节码进行验证，以确保其符合Java语言规范和JVM规范，并且不包含危险性的操作。

3. 安全管理器：JVM提供了一个安全管理器（SecurityManager），可以对Java程序中调用系统资源的权限进行限制，防止恶意代码执行敏感操作。

4. 内存访问限制：JVM通过对内存的访问限制，防止恶意代码对系统内存进行非法操作。

5. 线程安全：JVM支持多线程编程，但同时也提供了一些线程安全的机制，例如synchronized关键字、volatile变量等，来保证多线程执行时的数据安全。

这些措施共同组成了JVM的沙箱安全机制，有效地防止了恶意代码对系统造成威胁。

 

四、沙箱安全机制的应用

以下是一个简单的Java代码示例，演示了JVM沙箱安全机制的应用：

import java.security.*;

public class SandboxDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个SecurityManager对象
        SecurityManager sm = new SecurityManager();
        
        // 设置System Security Manager
        System.setSecurityManager(sm);
        
        try {
            // 利用Java反射API加载本地类库
            System.loadLibrary("MaliciousLibrary");
            
            // 如果加载成功，则说明恶意代码试图执行非法操作，会被SecurityManager拦截
            System.out.println("Malicious code has been loaded successfully!");
        } catch (SecurityException e) {
            // SecurityException异常表示该操作被SecurityManager拦截了
            System.out.println("Operation has been blocked by SecurityManager: " + e.getMessage());
        }
    }
}

在上面的例子中，我们创建了一个SecurityManager对象，并将其设置为System Security Manager，这样就可以对Java程序中调用系统资源的权限进行限制。然后，我们试图使用Java反射API来加载一个本地类库，如果加载成功，则说明恶意代码试图执行非法操作，会被SecurityManager拦截并抛出SecurityException异常。通过这种方式，我们可以利用JVM的沙箱安全机制来保护系统的安全性。

 

五、双亲委派机制沙箱安全机制的区别和联系

JVM的双亲委派机制和沙箱安全机制都是保障Java应用程序安全的重要措施，但它们的作用和实现方式有所不同。

双亲委派机制主要是为了保证Java类的唯一性和安全性。在类加载过程中，JVM会根据一定的规则，优先使用父类加载器来进行类加载，如果父类加载器无法完成类加载任务，则交由其子类加载器来处理。这样能够保证Java应用程序中的每个类只被加载一次，避免因类的重复加载导致的内存浪费和类冲突问题。同时，也可以通过限制父类加载器的访问范围，防止恶意代码的注入和执行。

沙箱安全机制则是为了保证Java程序的安全性而设计的。在Java应用程序运行时，JVM会采取一系列安全措施，以避免恶意代码对系统造成损害。例如，JVM会通过字节码验证、安全管理器、线程安全等机制来限制Java程序的执行权限，确保其执行的操作不会对系统造成危害。

双亲委派机制和沙箱安全机制之间存在一些联系。例如，在Java类加载器中，通常会使用双亲委派机制来保证类的唯一性和安全性。同时，沙箱安全机制也需要依赖于类加载器来实现类的隔离和访问控制等功能。

总之，双亲委派机制和沙箱安全机制在Java应用程序的安全中都起着重要作用，它们相辅相成，共同构建了一个安全可靠的Java应用程序环境。