秒懂雙親委派機(jī)制

前言

雙親委派機(jī)制是Java中非常重要的類加載機(jī)制，它保證了類加載的完整性和安全性，避免了類的重復(fù)加載。

這篇文章就跟大家一起聊聊，Java中類加載的雙親委派機(jī)制到底是怎么回事，有哪些破壞雙親委派機(jī)制的案例，為什么要破壞雙親委派機(jī)制，希望對你會有所幫助。

1 為什么要雙親委派機(jī)制？

我們的Java在運(yùn)行之前，首先需要把Java代碼轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼，即class文件。

然后JVM需要把字節(jié)碼通過一定的方式加載到內(nèi)存中的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)。

這種方式就是類加載器（ClassLoader）。

再通過加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析、初始化這幾個(gè)步驟完成類加載過程，然后再由jvm執(zhí)行引擎的解釋器和JIT即時(shí)編譯器去將字節(jié)碼指令轉(zhuǎn)換為本地機(jī)器指令進(jìn)行執(zhí)行。

我們在使用類加載器加載類的時(shí)候，會面臨下面幾個(gè)問題：

1. 如何保證類不會被重復(fù)加載？類重復(fù)加載會出現(xiàn)很多問題。
2. 類加載器是否允許用戶自定義？
3. 如果允許用戶自定義，如何保證類文件的安全性？
4. 如何保證加載的類的完整性？

為了解決上面的這一系列的問題，我們必須要引入某一套機(jī)制，這套機(jī)制就是：雙親委派機(jī)制。

2 什么是雙親委派機(jī)制？

接下來，我們看看什么是雙親委派機(jī)制。

雙親委派機(jī)制的基本思想是：當(dāng)一個(gè)類加載器試圖加載某個(gè)類時(shí)，它會先委托給其父類加載器，如果父類加載器無法加載，再由當(dāng)前類加載器自己進(jìn)行加載。

這種層層委派的方式有助于保障類的唯一性，避免類的重復(fù)加載，并提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

在Java中默認(rèn)的類加載器有3層：

1. 啟動(dòng)類加載器（Bootstrap Class Loader）：負(fù)責(zé)加載 %JAVA_HOME%/jre/lib 目錄下的核心Java類庫，比如：rt.jar、charsets.jar等。它是最頂層的類加載器，通常由C++編寫。

2. 擴(kuò)展類加載器（Extension Class Loader）：負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展庫，一般位于<JAVA_HOME>/lib/ext目錄下。

3. 應(yīng)用程序類加載器（Application Class Loader）：也稱為系統(tǒng)類加載器，負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）下的應(yīng)用程序類。

用一張圖梳理一下，雙親委派機(jī)制中的3種類加載器的層次關(guān)系：

但這樣不夠靈活，用戶沒法控制，加載自己想要的一些類。

于是，Java中引入了自定義類加載器。

創(chuàng)建一個(gè)新的類并繼承ClassLoader類，然后重寫findClass方法。

該方法主要是實(shí)現(xiàn)從那個(gè)路徑讀取 ar包或者.class文件，將讀取到的文件用字節(jié)數(shù)組來存儲，然后可以使用父類的defineClass來轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼。

如果想破壞雙親委派的話，就重寫loadClass方法，否則不用重寫。

類加載器的層次關(guān)系改成：

雙親委派機(jī)制流程圖如下：

具體流程大概是這樣的：

1. 需要加載某個(gè)類時(shí)，先檢查自定義類加載器是否加載過，如果已經(jīng)加載過，則直接返回。
2. 如果自定義類加載器沒有加載過，則檢查應(yīng)用程序類加載器是否加載過，如果已經(jīng)加載過，則直接返回。
3. 如果應(yīng)用程序類加載器沒有加載過，則檢查擴(kuò)展類加載器是否加載過，如果已經(jīng)加載過，則直接返回。
4. 如果擴(kuò)展類加載器沒有加載過，則檢查啟動(dòng)類加載器是否加載過，如果已經(jīng)加載過，則直接返回。
5. 如果啟動(dòng)類加載器沒有加載過，則判斷當(dāng)前類加載器能否加載這個(gè)類，如果能加載，則加載該類，然后返回。
6. 如果啟動(dòng)類加載器不能加載該類，則交給擴(kuò)展類加載器。擴(kuò)展類加載器判斷能否加載這個(gè)類，如果能加載，則加載該類，然后返回。
7. 如果擴(kuò)展類加載器不能加載該類，則交給應(yīng)用程序類加載器。應(yīng)用程序類加載器判斷能否加載這個(gè)類，如果能加載，則加載該類，然后返回。
8. 如果應(yīng)用程序類加載器不能加載該類，則交給自定義類加載器。自定義類加載器判斷能否加載這個(gè)類，如果能加載，則加載該類，然后返回。
9. 如果自定義類加載器，也無法加載這個(gè)類，則直接拋ClassNotFoundException異常。

這樣做的好處是：

1. 保證類不會重復(fù)加載。加載類的過程中，會向上問一下是否加載過，如果已經(jīng)加載了，則不會再加載，這樣可以保證一個(gè)類只會被加載一次。
2. 保證類的安全性。核心的類已經(jīng)被啟動(dòng)類加載器加載了，后面即使有人篡改了該類，也不會再加載了，防止了一些有危害的代碼的植入。

3 破壞雙親委派機(jī)制的場景

既然Java中引入了雙親委派機(jī)制，為什么要破壞它呢？

答：因?yàn)樗幸恍┤秉c(diǎn)。

下面給大家列舉一下，破壞雙親委派機(jī)制最常見的場景。

3.1 JNDI

JNDI是Java中的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，它的代碼由啟動(dòng)類加載器去加載。

但JNDI要對資源進(jìn)行集中管理和查找，它需要調(diào)用由獨(dú)立廠商在應(yīng)用程序的ClassPath下的實(shí)現(xiàn)了JNDI接口的代碼，但啟動(dòng)類加載器不可能“認(rèn)識”這些外部代碼。

為了解決這個(gè)問題，Java后來引入了線程上下文類加載器（Thread Context ClassLoader）。

這個(gè)類加載器可以通過java.lang.Thread類的setContextClassLoader()方法進(jìn)行設(shè)置。

如果創(chuàng)建線程時(shí)沒有設(shè)置，他將會從父線程中繼承一個(gè)，如果在應(yīng)用程序的全局范圍內(nèi)都沒有設(shè)置過的話，那這個(gè)類加載器默認(rèn)就是應(yīng)用程序類加載器。

有了線程上下文加載器，JNDI服務(wù)就可以使用它去加載所需要的SPI代碼，也就是父類加載器請求子類加載器去完成類加載的動(dòng)作，這樣就打破了雙親委派機(jī)制。

3.2 JDBC

原生的JDBC中Driver驅(qū)動(dòng)本身只是一個(gè)接口，并沒有具體的實(shí)現(xiàn)，具體的實(shí)現(xiàn)是由不同數(shù)據(jù)庫類型去實(shí)現(xiàn)的。

例如，MySQL的mysql-connector.jar中的Driver類具體實(shí)現(xiàn)的。

原生的JDBC中的類是放在rt.jar包，是由啟動(dòng)類加載器進(jìn)行類加載的。

在JDBC中需要?jiǎng)討B(tài)去加載不同數(shù)據(jù)庫類型的Driver實(shí)現(xiàn)類，而mysql-connector.jar中的Driver實(shí)現(xiàn)類是用戶自己寫的代碼，啟動(dòng)類加載器肯定是不能加載的，那就需要由應(yīng)用程序啟動(dòng)類去進(jìn)行類加載。

為了解決這個(gè)問題，也可以使用線程上下文類加載器（Thread Context ClassLoader）。

3.3  Tomcat容器

Tomcat是Servlet容器，它負(fù)責(zé)加載Servlet相關(guān)的jar包。

此外，Tomcat本身也是Java程序，也需要加載自身的類和一些依賴jar包。

這樣就會帶來下面的問題：

1. 一個(gè)Tomcat容器下面，可以部署多個(gè)基于Servlet的Web應(yīng)用，但如果這些Web應(yīng)用下有同名的Servlet類，又不能產(chǎn)生沖突，需要相互獨(dú)立加載和運(yùn)行才行。
2. 但如果多個(gè)Web應(yīng)用，使用了相同的依賴，比如：SpringBoot、Mybatis等。這些依賴包所涉及的文件非常多，如果全部都獨(dú)立，可能會導(dǎo)致JVM內(nèi)存不足。也就是說，有些公共的依賴包，最好能夠只加載一次。
3. 我們還需要將Tomcat本身的類，跟Web應(yīng)用的類隔離開。

這些原因?qū)е?，Tomcat沒有辦法使用傳統(tǒng)的雙親委派機(jī)制加載類了。

那么，Tomcat加載類的機(jī)制是怎么樣的？

• CommonClassLoader：是Tomcat最基本的類加載器，它加載的類可以被Tomcat容器和Web應(yīng)用訪問。
• CatalinaClassLoader：是Tomcat容器私有的類加載器，加載類對于Web應(yīng)用不可見。
• SharedClassLoader：各個(gè)Web應(yīng)用共享的類加載器，加載的類對于所有Web應(yīng)用可見，但是對于Tomcat容器不可見。
• WebAppClassLoader：各個(gè)Web應(yīng)用私有的類加載器，加載類只對當(dāng)前Web應(yīng)用可見。比如不同war包應(yīng)用引入了不同的Spring版本，這樣能加載各自的Spring版本，相互隔離。

3.4 熱部署

由于用戶對程序動(dòng)態(tài)性的追求，比如：代碼熱部署、代碼熱替換等功能，引入了OSGi（Open Service Gateway Initiative）。

OSGi中的每一個(gè)模塊（稱為Bundle）。

當(dāng)程序升級或者更新時(shí)，可以只停用、重新安裝然后啟動(dòng)程序的其中一部分，對企業(yè)來說這是一個(gè)非常誘人的功能。

OSGi的Bundle類加載器之間只有規(guī)則，沒有固定的委派關(guān)系。

各個(gè)Bundle加載器是平級關(guān)系。

不是雙親委派關(guān)系。

     
        

         

          

           

            
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