阿里二面：双亲委派机制？原理？能打破吗？

最近收到粉丝私信，大厂面试常问：“什么是双亲委派机制？类加载过程怎样？优缺点是什么？原理是何？能打破双亲委派机制吗？如何打破？有哪些场景使用？”

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话不多说，开搞。

什么是双亲委派机制？

1、理解概述

双亲委派机制（Parent Delegation Model）是Java虚拟机（JVM）中的一种类加载机制。它是一种层次化的类加载器结构，通过委派给父类加载器来加载类，以保证类的唯一性和安全性。

在Java中，每个类都需要在运行时被加载到内存中才能被使用。类加载器负责将类的字节码加载到内存中，并生成对应的Class对象。双亲委派机制是一种类加载器的工作方式，它通过一种层次化的结构来加载类，保证类的加载是有序、唯一且安全的。

2、类加载过程

类加载过程是将类的字节码加载到内存中，并生成对应的Class对象的过程。类加载过程主要包括以下几个步骤：

加载（Loading）：类加载的第一个阶段是加载，即将类的字节码文件加载到内存中。加载阶段由类加载器完成，类加载器根据类的全限定名（包括包名和类名）来定位并读取字节码文件。加载阶段的结果是在内存中生成一个代表该类的Class对象。
验证（Verification）：在验证阶段，对加载的字节码进行验证，确保字节码的正确性和安全性。验证阶段包括以下几个方面的验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。
准备（Preparation）：在准备阶段，为类的静态变量分配内存并设置默认初始值。这些变量包括静态变量和静态常量。
解析（Resolution）：在解析阶段，将符号引用解析为直接引用。符号引用是一种符号名称，可以是类、字段、方法等的引用。直接引用是直接指向内存中的地址，可以是指向方法区中的方法、字段等的指针。
初始化（Initialization）：在初始化阶段，对类进行初始化，包括执行静态变量的赋值和静态代码块的执行。初始化阶段是类加载过程的最后一个阶段，只有在初始化阶段完成后，类才能被正常使用。

需要注意的是，类加载过程是按需加载的，即在首次使用类时才会进行加载。而且类加载过程是线程安全的，即同一个类在多线程环境下只会被加载一次。

另外，类加载过程可以由自定义的类加载器来扩展或修改，默认的类加载器是应用程序类加载器（Application ClassLoader），它负责加载应用程序的类。自定义类加载器可以实现一些特定的需求，如加载加密的字节码文件、从网络或其他非标准位置加载类等。

反映在双亲委派机制上：

具体来说，当一个类加载器收到加载类的请求时，它会先检查自己是否已经加载过这个类。如果已经加载过，则直接返回已加载的类。如果没有加载过，则将加载请求委派给它的父类加载器。父类加载器会按照同样的方式继续检查是否已经加载过这个类，直到达到顶层的启动类加载器。如果所有的父类加载器都无法加载这个类，则由当前类加载器自己去加载。如果加载成功，则将生成的Class对象返回给请求者。

3、类加载器的层次结构

类加载器的层次结构是指类加载器之间的父子关系，它们按照一定的顺序组成了一个层次化的结构。在Java中，双亲委派机制的类加载器结构一般包括三个层次：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：也称为根类加载器，它是虚拟机的一部分，通常由本地代码实现，不是Java类。它负责加载Java的核心类库，如java.lang包中的类。启动类加载器是所有其他类加载器的父加载器，它没有父加载器。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：它是由Java编写的类，是由启动类加载器加载的。扩展类加载器负责加载Java的扩展类库，如javax包中的类。它的父加载器是启动类加载器。
应用程序类加载器（Application ClassLoader）：也称为系统类加载器，它负责加载应用程序的类，即开发者自己编写的类。应用程序类加载器是由扩展类加载器加载的。它的父加载器是扩展类加载器。

除了这三个主要的类加载器，还有一些其他的类加载器，如自定义的类加载器。自定义的类加载器可以继承自应用程序类加载器或其他类加载器，形成更复杂的层次结构。

类加载器的层次结构是通过双亲委派机制来实现的。当一个类加载器收到加载类的请求时，它会先向上委派给父类加载器，由父类加载器尝试加载。

父类加载器会按照同样的方式继续向上委派，直到达到顶层的启动类加载器。如果所有的父类加载器都无法加载这个类，则由当前类加载器自己去加载。

这样的层次结构保证了类加载的一致性和安全性，避免了类的重复加载和恶意代码的替换。

双亲委派机制的作用是什么？

双亲委派机制的作用是保证Java类的加载的一致性和安全性；具体来说，双亲委派机制的作用有以下几个方面：

避免重复加载：当一个类加载器收到加载类的请求时，它会先向上委派给父类加载器，由父类加载器尝试加载。父类加载器会按照同样的方式继续向上委派，直到达到顶层的启动类加载器。如果所有的父类加载器都无法加载这个类，则由当前类加载器自己去加载。这样的层次结构保证了类的加载只会发生一次，避免了重复加载。
类的隔离性：每个类加载器都有自己的命名空间，它只能加载自己命名空间下的类。当一个类加载器尝试加载一个类时，它会先检查自己的命名空间中是否已经加载了这个类。如果已经加载，则直接返回已加载的类；如果没有加载，则委派给父类加载器加载。这样的隔离性保证了不同类加载器加载的类之间互不影响，避免了类的冲突和版本不一致的问题。
安全性：通过双亲委派机制，Java类的加载可以由更高层次的类加载器来完成，这些类加载器通常是由Java官方或其他可信任的实体提供的。这样可以确保核心类库和扩展类库的安全性，避免了恶意代码的替换和执行。

总的来说，双亲委派机制通过层次化的类加载器结构，保证了Java类的加载的一致性和安全性，避免了重复加载和类的冲突，同时也提供了一种安全的加载机制，防止恶意代码的执行。

然而，双亲委派机制也有一些缺点：

限制了类加载的灵活性：双亲委派机制要求类加载器按照一定的顺序去加载类，这限制了类加载的灵活性。有时候，我们可能需要自定义的类加载器来加载特定的类，但由于双亲委派机制的存在，这些类可能会被父类加载器加载，无法实现自定义加载的需求。
难以实现类的动态更新：由于双亲委派机制的存在，当一个类被加载后，它的类定义就不能再被修改。这意味着如果我们想要在运行时动态更新一个类的定义，就需要重新加载整个类及其依赖的类。这对于一些需要频繁更新的应用场景来说，可能会带来一些困扰。

总的来说，双亲委派机制在保证类加载的一致性和安全性方面具有明显的优势，但也存在一定的限制和缺点。在实际应用中，需要根据具体的需求来权衡使用双亲委派机制的利与弊。

双亲委派机制的工作原理是什么？

双亲委派机制的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：

当一个类加载器收到加载类的请求时，它会先检查自己的命名空间中是否已经加载了这个类。如果已经加载，则直接返回已加载的类；如果没有加载，则继续下一步。
类加载器会将加载请求委派给父类加载器。父类加载器会按照同样的方式继续向上委派，直到达到顶层的启动类加载器。
如果所有的父类加载器都无法加载这个类，则由当前类加载器自己去加载。当前类加载器会根据自己的加载策略，从指定的路径或资源中加载类的字节码，并将其转换为可执行的类。
加载完成后，将加载的类及其相关信息存放在当前类加载器的命名空间中，以便后续的类加载请求可以直接使用。

通过这样的层次结构和委派机制，双亲委派机制保证了类的加载只会发生一次，避免了重复加载；同时，也保证了类的隔离性，不同类加载器加载的类之间互不影响；还能提供一种安全的加载机制，防止恶意代码的执行。

需要注意的是，双亲委派机制并不是强制性的，可以根据具体的需求进行调整或扩展。在Java中，可以通过自定义类加载器来改变类加载的行为，实现一些特定的需求。

这样可以使得：

- 避免类的重复加载：通过委派给父类加载器，可以避免同一个类被多个类加载器加载，节省了内存空间。

- 提高类加载的效率：父类加载器已经加载过的类可以直接返回，无需再次加载，提高了类加载的效率。

- 提高Java程序的安全性：防止恶意代码替换核心类库，提高了Java程序的安全性。

然而，有时候我们需要打破双亲委派机制，自定义类加载器来实现特定的需求。这需要谨慎操作，因为打破双亲委派机制可能导致类加载的混乱和安全性问题。

打破双亲委派机制？

为什么要打破双亲委派机制吗？

打破双亲委派机制的主要原因是为了满足一些特定的需求和场景，例如：

实现类的热部署：在某些应用场景下，需要在运行时动态加载和替换类，以实现热部署的功能。而双亲委派机制会导致类的加载只发生一次，无法实现类的热替换。通过打破双亲委派机制，可以自定义类加载器，在需要时重新加载和替换类。
加载非标准的类文件：有些特殊的类文件，如动态生成的字节码、非标准的类文件格式等，无法通过标准的类加载器加载。通过打破双亲委派机制，可以自定义类加载器，实现对这些非标准类文件的加载和解析。
实现类加载的动态控制：有些应用需要对类的加载进行特殊的控制，例如对特定的类进行加密、解密或验证等操作。通过打破双亲委派机制，可以自定义类加载器，在加载类时进行特殊的处理。

需要注意的是，打破双亲委派机制可能会引入一些潜在的风险和问题，如类的冲突、不一致性等。因此，在打破双亲委派机制时，需要谨慎考虑，并确保自定义的类加载器能够正确处理类的加载和依赖关系。

怎样打破双亲委派机制？

在Java中，有以下几种方法可以打破双亲委派机制：

自定义类加载器：通过自定义ClassLoader的子类，重写findClass()方法，实现自定义的类加载逻辑。在自定义类加载器中，可以选择不委派给父类加载器，而是自己去加载类。

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 自定义类加载逻辑，例如从特定路径加载类文件
        byte[] classBytes = loadClassBytes(name);
        return defineClass(name, classBytes, 0, classBytes.length);
    }

    private byte[] loadClassBytes(String name) {
        // 从特定路径加载类文件，并返回字节码
        // ...
    }
}

线程上下文类加载器：通过Thread类的setContextClassLoader()方法，可以设置线程的上下文类加载器。在某些框架或库中，会使用线程上下文类加载器来加载特定的类，从而打破双亲委派机制。
OSGi框架：OSGi（Open Service Gateway Initiative）是一种动态模块化的Java平台，它提供了一套机制来管理和加载模块。在OSGi中，每个模块都有自己的类加载器，可以独立加载和管理类，从而打破双亲委派机制。
Java SPI机制：Java SPI（Service Provider Interface）是一种标准的服务发现机制，在SPI中，服务的实现类通过在META-INF/services目录下的配置文件中声明，而不是通过类路径来查找。通过SPI机制，可以实现在不同的类加载器中加载不同的服务实现类，从而打破双亲委派机制。

需要注意的是，打破双亲委派机制可能会引入一些潜在的风险和问题，如类的冲突、不一致性等。在使用这些方法打破双亲委派机制时，需要谨慎考虑，并确保能够正确处理类的加载和依赖关系。

除了上述提到的方法，还有一些其他的方法可以打破双亲委派机制：

使用Java Instrumentation API：Java Instrumentation API允许在类加载过程中修改字节码，从而可以在类加载时修改类的加载行为，包括打破双亲委派机制。通过Instrumentation API，可以在类加载前修改类的字节码，使其加载时使用自定义的类加载器。
使用Java动态代理：Java动态代理机制可以在运行时生成代理类，并在代理类中实现特定的逻辑。通过使用动态代理，可以在类加载时动态生成代理类，并在代理类中实现自定义的类加载逻辑，从而打破双亲委派机制。
使用字节码操作库：可以使用字节码操作库，如ASM、Javassist等，来直接操作字节码，从而修改类的加载行为。通过这些库，可以在类加载时修改字节码，使其加载时使用自定义的类加载器。

在某些框架或场景中，为了满足特定的需求，可能会打破双亲委派机制。以下是一些常见的框架或场景：

JavaEE容器：JavaEE容器（如Tomcat、WebLogic、WebSphere等）通常会使用自定义的类加载器来加载应用程序的类，以实现应用程序的隔离和独立性。这些容器会打破双亲委派机制，使用自定义的类加载器来加载应用程序的类。
OSGi框架：OSGi（Open Service Gateway Initiative）是一种动态模块化的Java平台，它提供了一套机制来管理和加载模块。在OSGi中，每个模块都有自己的类加载器，可以独立加载和管理类，从而打破双亲委派机制。
Java SPI机制：Java SPI（Service Provider Interface）是一种标准的服务发现机制，在SPI中，服务的实现类通过在META-INF/services目录下的配置文件中声明，而不是通过类路径来查找。通过SPI机制，可以实现在不同的类加载器中加载不同的服务实现类，从而打破双亲委派机制。
动态代理框架：一些动态代理框架，如CGLIB、Byte Buddy等，可以在运行时生成代理类，并在代理类中实现特定的逻辑。这些框架通常会使用自定义的类加载器来加载生成的代理类，从而打破双亲委派机制

总结

双亲委派机制是Java类加载器的一种工作机制，它的核心思想是在类加载的过程中，优先将加载请求委派给父类加载器，只有在父类加载器无法加载时，才由子类加载器尝试加载。

双亲委派机制的主要特点和优势包括：

避免类的重复加载：当一个类被加载后，它会被父类加载器缓存起来，避免了重复加载同一个类的问题，提高了类加载的效率。
类的隔离和安全性：通过双亲委派机制，不同的类加载器加载的类具有不同的命名空间，相同类名的类可以被不同的类加载器加载，实现了类的隔离和安全性。
保护核心类库的完整性：核心类库由启动类加载器加载，避免了用户自定义的类替换核心类库的情况，保护了核心类库的完整性。

总结起来：

双亲委派机制通过层级结构的类加载器组织，实现了类的共享、隔离和安全性。
它是Java类加载器的一种重要机制，为Java应用程序提供了良好的类加载环境。
然而，在某些特定的场景下，为了满足特定的需求，可能需要打破双亲委派机制，使用自定义的类加载器来加载类。
在使用自定义类加载器时，需要仔细评估和测试，确保能够正确处理类的加载和依赖关系。

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