类加载器、双亲委派机制

1 JVM是什么

Java Virtual Machine（Java虚拟机）是java程序实现跨平台的⼀个重要的⼯具（部件）

HotSpot VM，相信所有Java程序员都知道，它是Sun JDK和OpenJDK中所带的虚拟机，也是

⽬前使⽤范围最⼴的Java虚拟机。

只要装有JVM的平台，都可以运⾏java程序。那么Java程序在JVM上是怎么被运⾏的？

通过介绍以下JVM的三个组成部分，就可以了解到JVM内部的⼯作机制

• 类加载系统：负责完成类的加载

• 运⾏时数据区：在运⾏Java程序的时候会产⽣的各种数据会保存在运⾏时数据区

• 执⾏引擎：执⾏具体的指令（代码）

2 类加载系统

类加载器是一个负责加载类的对象。ClassLoader 是一个抽象类。给定类的二进制名称，类加载器应尝试定位或生成构成类定义的数据。典型的策略是将名称转换为文件名，然后从文件系统中读取该名称的“类文件“。每个 Java 类都有一个引用指向加载它的 ClassLoader。不过，数组类不是通过 ClassLoader 创建的，而-是 JVM 在需要的时候自动创建的，数组类通过getClassLoader()方法获取 ClassLoader 的时候和该数组的元素类型的 ClassLoader 是一致的。

简单来说，类加载器的主要作用就是加载 Java 类的字节码（ .class 文件）到 JVM 中（在内存中生成一个代表该类的 Class 对象）

2.1 类的加载过程

⼀个类被加载进JVM中要经历哪⼏个过程

• 加载： 通过io流的⽅式把字节码⽂件读⼊到jvm中（⽅法区）

• 校验：通过校验字节码⽂件的头8位的16进制是否是java魔数cafebabe

• 准备：为类中的静态部分开辟空间并赋初始化值

• 解析：将符号引⽤转换成直接引⽤。——静态链接

• 初始化：为类中的静态部分赋指定值并执⾏静态代码块。

类被加载后，类中的类型信息、⽅法信息、属性信息、运⾏时常量池、类加载器的引⽤等信息会被加载到元空间中。

2.2 类加载器

类是谁来负载加载的？——类加载器。不同级别的类由不同的加载器加载

• Bootstrap ClassLoader 启动类加载器：负载加载jre/lib下的核⼼类库中的类，⽐如rt.jar、charsets.jar

  我们常用内置库 java.xxx.* 都在里面，比如java.util.、java.io.、java.nio.、java.lang.、java.sql.、java.math.。

• ExtClassLoader 扩展类加载器：负载加载jre/lib下的ext⽬录内的类

  ext 加载路径：System.getProperty("java.ext.dirs");
  

• AppClassLoader 应⽤类加载器：负载加载⽤户⾃⼰写的类，加载当前应用 classpath 下的所有 jar 包和类。

  app 加载路径：System.getProperty("java.class.path");
  

• ⾃定义类加载器：⾃⼰定义的类加载器，可以打破双亲委派机制。

由图可知，上一层加载器都会以父类的形式传入下一次加载。

3 双亲委派机制

3.1 双亲委派机制介绍

​ 当类加载进⾏加载类的时候，类的加载需要向上委托给上⼀级的类加载器，上⼀级继续向上委托，直到启动类加载器。启动类加载器去核⼼类库中找，如果没有该类则向下委派，由下⼀级扩展类加载器去扩展类库中，如果也没有继续向下委派，直到找不到为⽌，则报类找不到的异常。

双亲委派机制的流程如下：

类加载的核心代码如下：

ClassLoader.class中的

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 {
                    //调用父类的加载器
                    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
                }
				//如果父类的加载器中没有，再调用自定义的加载器
                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;
        }
    }

3.2 双亲委派机制的优缺点

优点：

• 避免重复加载：通过委派给父类加载器，可以避免同一个类被多次加载，提高了加载效率。

• 安全性：通过双亲委派机制，核心类库由根加载器加载，可以确保核心类库的安全性，防止恶意代码替换核心类。

• 扩展性：开发人员可以自定义类加载器，实现特定的加载策略，从而扩展Java的类加载机制。

缺点：

• 灵活性受限：双亲委派机制对于某些特殊的类加载需求可能过于严格，限制了加载器的灵活性。

• 破坏隔离性：如果自定义类加载器不遵循双亲委派机制，可能会破坏类加载的隔离性，导致类冲突或安全性问题。

• 不适合动态更新：由于类加载器在加载类时会先检查父加载器是否已加载，因此在动态更新类时可能会出现问题，需要额外的处理。

总体而言，双亲委派机制通过层次结构和委派机制提供了一种有序、安全的类加载方式，但也存在一些限制和不适用的情况。

3.3 自定义类加载器实现双亲委派机制

有上面的源码可以看到，loadClass方法中会先看父类加载器中能不能调用，都不能在走findClass()方法，调用自己的加载器。可见 自定义类加载器主要就是重写findClass方法，再此类中，loadClass方法没有被重写，就会执行父类ClassLoader中的loadClass方法，只要执行的是ClassLoader中的方法，就是实现的双亲委派。