双亲委派模型是什么，为什么要使用双亲委派模型

news2024/11/15 11:16:03

双亲委派模型是什么，为什么要使用双亲委派模型

在Java中，类加载器（ClassLoader）是负责将类文件加载到JVM中的关键组件。为了确保类加载过程的安全性和稳定性，Java引入了一种叫做双亲委派模型（Parent Delegation Model）的机制。这篇文章将介绍什么是双亲委派模型，以及为什么要使用这种模型。

什么是双亲委派模型

双亲委派模型是一种类加载机制，它要求类加载器在加载一个类时，首先把这个请求委托给它的父类加载器去处理。只有当父类加载器无法完成这个请求时，子类加载器才会尝试加载这个类。这个过程可以递归进行，从最顶层的类加载器一直到最底层的类加载器。

Java中的类加载器可以分为以下几种：

Bootstrap ClassLoader：引导类加载器，它是Java虚拟机自带的类加载器，负责加载Java核心类库，如rt.jar。
Extension ClassLoader：扩展类加载器，负责加载JAVA_HOME/lib/ext目录中的类。
Application ClassLoader：应用程序类加载器，负责加载应用程序类路径（classpath）上的类。

这三种类加载器按照上述顺序形成了一个树状的双亲委派关系。

为什么要使用双亲委派模型

安全性：双亲委派模型确保了核心类库的安全性。通过这种模型，Java核心类库只能由引导类加载器加载，防止应用程序中的类覆盖或篡改核心类库。例如，java.lang.Object类总是由引导类加载器加载，这样可以避免安全风险。
避免类的重复加载：在双亲委派模型中，每个类加载器都有一个独立的命名空间。当一个类被加载后，它的类加载器会缓存这个类的字节码信息。在需要再次加载这个类时，类加载器会先检查缓存，从而避免重复加载同一个类，节省了资源并提高了性能。
逻辑清晰：双亲委派模型使类加载过程更加清晰和易于管理。类加载器之间有明确的职责分工，父类加载器处理基础类，子类加载器处理应用类。这样，整个类加载过程变得层次分明，易于理解和调试。

例子：双亲委派模型的工作流程

假设我们有一个自定义的类加载器MyClassLoader，它想要加载一个类com.example.MyClass，双亲委派模型的工作流程如下：

检查缓存：MyClassLoader首先检查是否已经加载过com.example.MyClass。
委派给父类加载器：如果未加载过，MyClassLoader将把这个请求委派给父类加载器，通常是应用程序类加载器。
应用程序类加载器处理请求：应用程序类加载器会再次检查它是否已经加载过com.example.MyClass，如果没有，它会继续把请求委派给扩展类加载器。
扩展类加载器处理请求：扩展类加载器同样会检查是否已经加载过该类，如果没有，它会继续把请求委派给引导类加载器。
引导类加载器处理请求：引导类加载器会检查是否在核心类库中找到该类。如果找不到，引导类加载器会返回一个ClassNotFoundException。
自定义类加载器加载类：如果父类加载器都无法加载该类，自定义的MyClassLoader才会尝试自己加载com.example.MyClass。

自定义类加载器如何实现双亲委派

自定义类加载器实现双亲委派模型的核心在于重写findClass方法，并在该方法中调用父类加载器加载类。具体步骤如下：

继承ClassLoader：自定义类加载器需要继承java.lang.ClassLoader类。
重写findClass方法：在findClass方法中，首先尝试使用父类加载器加载类，如果父类加载器无法加载，则再使用自定义的加载逻辑。

以下是一个实现双亲委派模型的自定义类加载器的示例：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

    public MyClassLoader(ClassLoader parent) {
        super(parent);
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 首先，尝试使用父类加载器进行加载
        try {
            return getParent().loadClass(name);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // 如果父类加载器无法加载该类，则继续尝试自定义加载
        }

        // 自定义加载逻辑，例如从文件系统中加载类文件
        byte[] classData = getClassData(name);
        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }

        return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    }

    private byte[] getClassData(String className) {
        // 实现自定义类加载逻辑，例如从文件系统中读取类文件
        String path = className.replace('.', '/') + ".class";
        try (InputStream input = new FileInputStream(path);
             ByteArrayOutputStream output = new ByteArrayOutputStream()) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = input.read(buffer)) != -1) {
                output.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            return output.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

在上述代码中，findClass方法首先尝试通过父类加载器加载类（即实现双亲委派模型），如果父类加载器无法加载，则使用getClassData方法通过自定义逻辑加载类。

自定义类加载器如果不实现双亲委派模型会怎样？

如果自定义类加载器不实现双亲委派模型，可能会带来以下几个问题：

类的重复加载：
不实现双亲委派模型会导致同一个类可能被多个类加载器重复加载。每个类加载器加载的类在JVM中被视为不同的类，即使它们来自相同的字节码文件。这可能导致ClassCastException等问题。
安全性问题：
核心类库可能会被恶意替换。例如，如果自定义类加载器可以加载java.lang.Object类，那么程序的核心安全性将受到威胁。
稳定性问题：
Java平台的稳定性依赖于类加载顺序和唯一性。不实现双亲委派模型可能导致核心类库的加载顺序混乱，影响程序的正常运行。
与现有库的兼容性问题：
许多现有的Java库和框架依赖于双亲委派模型来确保类的加载顺序和一致性。如果不实现双亲委派模型，这些库和框架可能无法正常工作。

如果想自定义类加载器，就需要继承ClassLoader，并重写findClass，如果想不遵循双亲委派的类加载顺序，还需要重写loadClass。如下是一个自定义的类加载器，并重写了loadClass破坏双亲委派：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

    public MyClassLoader(ClassLoader parent) {
        super(parent);
    }

    @Override
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 直接使用自定义加载逻辑，不调用父类加载器
        return findClass(name);
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 自定义加载逻辑，例如从文件系统中加载类文件
        byte[] classData = getClassData(name);
        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    }

    private byte[] getClassData(String className) {
        // 实现自定义类加载逻辑，例如从文件系统中读取类文件
        String path = className.replace('.', '/') + ".class";
        try (InputStream input = new FileInputStream(path);
             ByteArrayOutputStream output = new ByteArrayOutputStream()) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = input.read(buffer)) != -1) {
                output.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            return output.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}