【JVM】已验鼎真，鉴定为：妈妈加载的（双亲委派模型）

news2024/11/20 0:49:50

【JVM】已验鼎真，鉴定为：妈妈加载的（双亲委派模型）

在Java的世界中，类加载器（ClassLoader）是Java虚拟机（JVM）用来动态加载类的基础组件。双亲委派模型（Parent Delegation Model）是Java类加载机制中一个至关重要的设计，它确保Java类加载过程的安全性和稳定性。本文将简单介绍JVM中的类加载器机制及其双亲委派模型。

首先我们来看看类加载器。

一、类加载器概述

Java中的类加载器主要有以下几种：

Bootstrap ClassLoader（引导类加载器）：
- 由C++实现，是JVM自身的一部分。
- 负责加载Java的核心类库，例如rt.jar中的类。
Extension ClassLoader（扩展类加载器）：
- 由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
- 负责加载Java扩展库（JDK扩展目录lib/ext中的JAR包）。
应用程序类加载器（Application Class Loader）：
- 由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。
- 负责加载应用程序的类路径（classpath）上的类。
User-defined ClassLoader（用户自定义类加载器）：
- 通过继承java.lang.ClassLoader可以实现自定义类加载器。
- 用于加载特定需求的类，例如网络类加载器、数据库类加载器等。

二、双亲委派模型

双亲委派模型，准确来说，即当一个类加载器收到一个类的加载请求时，首先不会自己尝试去加载它，而是把这一请求委派给父类加载器去完成，这样层层委派，因此所有的加载请求都最终会被传送到顶层的启动类加载器中。

只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求时，子加载器才会尝试自己去加载。

检查缓存：类加载器首先检查自己是否已经加载过该类，如果加载过则直接返回。
委派父类加载器：如果自己没有加载过，则将加载请求委派给父类加载器。
递归委派：父类加载器同样遵循上述步骤，递归检查其父类加载器，直到顶层的Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）。
加载类：如果顶层的类加载器无法加载该类，则依次往下返回，由各级子类加载器尝试加载该类。
缓存加载结果：成功加载类后，将该类缓存以便下次直接使用。

双亲委派模型的优点

安全性：通过双亲委派机制，可以防止核心类库被篡改。例如，Java核心类库中的java.lang.String类只有由Bootstrap ClassLoader加载，防止应用程序自定义一个java.lang.String类来替换。
避免重复加载：确保同一个类只被加载一次。即使在不同的类加载器中，只要遵循双亲委派机制，类加载器会避免重复加载同一个类。
模块化：使得类加载器可以在一个隔离的环境中加载类，适应不同的需求，例如应用服务器中不同应用的隔离运行。

双亲委派模型的缺点

灵活性不足：在某些情况下，双亲委派模型的严格父子关系限制了类加载器的灵活性。例如，开发人员可能希望在应用程序中加载一个与系统类库版本不同的库。
调试困难：由于类加载过程涉及多个类加载器的协同工作，调试类加载问题时可能比较复杂，尤其是在遇到类加载冲突或类版本不一致的情况。

三、如何打破双亲委派模型

正常加载类的顺序，是用户自定义类加载器 -> 应用程序类加载器 -> 扩展类加载器 -> 引导类加载器，如果不遵循这个顺序，就是在打破双亲委派机制。

而双亲委派过程都是在loadClass方法中实现的，如果想要破坏这种机制，那么就自定义一个类加载器，重写其中的loadClass方法，使其不进行双亲委派即可。

例如：

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    
    public CustomClassLoader(ClassLoader parent) {
        super(parent);
    }
    
    @Override
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 不委派给父类加载器，直接尝试加载目标类
        try {
            // 尝试从当前类加载器的资源路径加载类
            byte[] classData = loadClassData(name);
            if (classData != null) {
                return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
            }
        } catch (Exception e) {
            // 忽略加载异常
        }
        
        // 如果当前类加载器无法加载，委派给父类加载器
        return super.loadClass(name);
    }
    
    private byte[] loadClassData(String name) {
        // 从文件或其他资源中读取类字节码的逻辑
        // ...
        return null; // 实际实现时应返回有效的字节码数据
    }
}

四、双亲委派模型的示例

以Tomcat为例，Apache Tomcat是一个广泛使用的Java Web服务器，一个web容器可能需要部署多个应用程序，不同的应用程序可能会依赖同一个第三方库的不同版本，但是不同版本的库中某一个类的全路径名可能是一样的。

它提供了一种机制来打破双亲委派模型，以支持不同Web应用之间的类隔离。Tomcat中，每个Web应用都有自己的类加载器，并且Tomcat的类加载机制允许在特定情况下打破双亲委派模型。

Tomcat的类加载器架构如下：

Bootstrap ClassLoader：加载Java核心类库。
System ClassLoader：加载Tomcat自身的类库。
Common ClassLoader：加载Tomcat的共享类库。
Webapp ClassLoader：每个Web应用有独立的类加载器，用于加载该应用的类和库。

如果采用默认的双亲委派类加载机制，无法加载多个相同的类。

所以，Tomcat破坏双亲委派原则，提供隔离的机制，为每个web容器单独提供一个WebAppClassLoader加载器，每个应用都有自己的类加载器WebAppClassLoader，该加载器重写了loadClass方法，会优先加载当前应用下的类，加载不到时再交给WebAppClassLoader的父加载器SharedClassLoader去加载。

打破双亲委派模型是一种特殊的需求，通常用于解决特定的类加载冲突或版本兼容问题。在Tomcat等应用服务器中，通过自定义类加载器和配置，可以实现对类加载过程的精细控制。理解和灵活应用类加载机制，可以帮助开发人员更好地管理和优化Java应用程序的运行环境。