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JVM浅谈双亲委派模型

双亲委派基本概念

 双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。

双亲委派机制

  双亲委派机制是指当一个类加载器收到一个类加载请求时,该类加载器首先会把请求委派给父类加载器。每个类加载器都是如此,只有在父类加载器在自己的搜索范围内找不到指定类时,子类加载器才会尝试自己去加载。

双亲委派模型工作工程

  1.当Application ClassLoader 收到一个类加载请求时,他首先不会自己去尝试加载这个类,而是将这个请求委派给父类加载器Extension ClassLoader去完成。  

  2.当Extension ClassLoader收到一个类加载请求时,他首先也不会自己去尝试加载这个类,而是将请求委派给父类加载器Bootstrap ClassLoader去完成。  

  3.如果Bootstrap ClassLoader加载失败(在<JAVA_HOME>\lib中未找到所需类),就会让Extension ClassLoader尝试加载。  

  4.如果Extension ClassLoader也加载失败,就会使用Application ClassLoader加载。  

  5.如果Application ClassLoader也加载失败,就会使用自定义加载器去尝试加载。  

  6.如果均加载失败,就会抛出ClassNotFoundException异常。

例子:

  当一个Hello.class这样的文件要被加载时。不考虑我们自定义类加载器,首先会在AppClassLoader中检查是否加载过,如果有那就无需再加载了。如果没有,那么会拿到父加载器,然后调用父加载器的loadClass方法。父类中同理会先检查自己是否已经加载过,如果没有再往上。注意这个过程,直到到达Bootstrap classLoader之前,都是没有哪个加载器自己选择加载的。如果父加载器无法加载,会下沉到子加载器去加载,一直到最底层,如果没有任何加载器能加载,就会抛出ClassNotFoundException。

Tips: 很多人对“双亲”一词很困惑。这是翻译的锅,“双亲”只是“parents”的直译,实际上并不表示汉语中的父母双亲,而是一代一代很多parent,即parents。 

双亲委派的作用 

对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在虚拟机中的唯一性,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。因此,使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系,有一个显而易见的好处:类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。 

例如类java.lang.Object,它由启动类加载器加载。双亲委派模型保证任何类加载器收到的对java.lang.Object的加载请求,最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载,因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。 

相反,如果没有使用双亲委派模型,由各个类加载器自行去加载的话,如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object的类,并用自定义的类加载器加载,那系统中将会出现多个不同的Object类,Java类型体系中最基础的行为也就无法保证,应用程序也将会变得一片混乱。

结构 

系统提供的类加载器 

在双亲委派模型的定义中提到了“启动类加载器”。包括启动类加载器,绝大部分Java程序都会使用到以下3种系统提供的类加载器:

 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader) 

负责将存放在<JAVAHOME>/lib目录中的,或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的,并且是虚拟机按照文件名识别的(如rt.jar,名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载)类库加载到虚拟机内存中。

启动类加载器无法被Java程序直接引用,用户在编写自定义类加载器时,如果需要把加载请求委派给引导类加载器,那直接使用null代替即可。

JDK中的常用类大都由启动类加载器加载,如java.lang.String、java.util.List等。需要特别说明的是,启动类Main class也由启动类加载器加载。

扩展类加载器(Extension ClassLoader)

由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。

负责加载<JAVAHOME>/lib/ext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库。 开发者可以直接使用扩展类加载器。 

猴子对自己电脑<JAVAHOME>/lib/ext目录下的jar包都非常陌生。看了几个jar包,也没找到常用的类;唯一有点印象的是jfxrt.jar,被用于JavaFX的开发之中。

应用程序类加载器(Application ClassLoader)

由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader.getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也称它为系统类加载器。

它负责加载用户类路径ClassPath上所指定的类库,开发者可以直接使用这个类加载器。如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

启动类Main class、其他如工程中编写的类、maven引用的类,都会被放置在类路径下。Main class由启动类加载器加载,其他类由应用程序类加载器加载。

自定义的类加载器

JVM建议用户将应用程序类加载器作为自定义类加载器的父类加载器。则类加载的双亲委派模型如图:

jvm.jpg

实现原理

实现双亲委派的代码都集中在ClassLoader#loadClass()方法之中。将统计部分的代码去掉之后,简写如下:

public abstract class ClassLoader {
 ... 
  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
   return loadClass(name, false); 
  }
  protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
   synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
    Class<?> c = findLoadedClass(name);
     if (c == null) {
      ...
       try {
        if (parent != null) {
         c = parent.loadClass(name, false);
        } else {
         c = findBootstrapClassOrNull(name); 
        }
       } catch (ClassNotFoundException e) {
       }
       if (c == null) {
        ...
        c = findClass(name);
          ... 
        } 
       } 
       if (resolve) {
        resolveClass(c); 
       } 
       return c; 
      } 
     } 
     
     protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
      throw new ClassNotFoundException(name); 
     } 
     ...
   }
  • 首先,检查目标类是否已在当前类加载器的命名空间中加载(即,使用二元组<类加载器实例,全限定名>区分不同类)。

  • 如果没有找到,则尝试将请求委托给父类加载器(如果指定父类加载器为null,则将启动类加载器作为父类加载器;如果没有指定父类加载器,则将应用程序类加载器作为父类加载器),最终所有类都会委托到启动类加载器。

  • 如果父类加载器加载失败,则自己加载。

  • 默认resolve取false,不需要解析,直接返回。

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