一文读懂java类加载之双亲委派机制

 

一个编译后的class文件，想要在JVM中运行，就需要先加载到JVM中。java中将类的加载工具抽象为类加载器，而通过加载工具加载类文件的具体方式被称为双亲委派机制。

 

知识点

类加载器：通过一个类全限定名称来获取其二进制文件（.class）流的工具。

 

前述

首先明确一点，Java中类是描述一类对象的行为和状态，拥有封装、继承、多态特征。而类加载器这个对象在类结构上都是抽象类ClassLoader的子类

public abstract class ClassLoader {...}

根据具体功能不同，JDK提供了多个具体子类，例如：ExtClassLoader、AppClassLoader、URLClassLoader、MethodUtil等。

 

再明确一点，有了类加载功能，但还是考虑实际使用。例如，了解java的都知道java底层使用的是c++。也就是说C++也可以实现类加载文件，也可以说是文件加载功能。在实际使用中也是这么做的，那么这部分被加载的类的加载器如何在Java中描述呢？下面来描述

 

JDK实际采用的类加载方式，被称为双亲委派机制。其主要分类如下，这是一种抽象概念

• Bootstrap ClassLoader

  • 系统类(rt.ar)的类加载器，采用C++代码加载
  • Extension ClassLoader

    • 扩展类(ext.jar)的类加载器，采用ExtClassLoader加载
  • Application ClassLoader
    • 用户类路径（classpath）上类的类加载器，采用AppClassLoader加载
  • 自定义类加载器
    • 自定义的类加载器，继承ClassLoader即可

   

  双亲

  既然称为双亲委派机制，则双亲是必须存在的。ClassLoader类存在一个parent属性。因此可以配置双亲。这个双亲是指ExtClassLoader和AppClassLoader，在JDK中则是这样设置：

  ---

  ExtClassLoader.parent=null;

  AppClassLoader.parent=ExtClassLoader

  XXXClassLoader.parent=AppClassLoader

   

  自定义的类加载器在构建时，如果未指定parent，则使用getSystemClassLoader()来获取父类加载器，而该方法默认获取的就是AppClassLoader。

  以上的类加载方式，图示如下

  

  委派

  双亲设置之后，便可以委派了，委派过程也就是类文件加载过程，

  protected Class> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException
  {
      synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
          // 保证该类只加载一次
          Class> c = findLoadedClass(name);
          if (c == null) {
              long t0 = System.nanoTime();
              try {
                  if (parent != null) {
                      // 存在父级类加载器则使用父级的父级类加载器进行加载
                      c = parent.loadClass(name, false);
                  } else {
                      // 不存在父级类加载器则尝试使用BootstrapClassLoader进行加载
                      c = findBootstrapClassOrNull(name);
                  }
              } catch (ClassNotFoundException e) {
                  // 抛出类未找到异常说明父类加载器加载失败
              }
  
              if (c == null) {
                  // 父级类加载器未完成加载且BootstrapClassLoader也未完成加载则使用自己的加载方式
                  long t1 = System.nanoTime();
                  c = findClass(name);
  
                  // this is the defining class loader; record the stats
                  sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                  sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                  sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
              }
          }
          if (resolve) {
              resolveClass(c);
          }
          return c;
      }
  }

   

  文字描述下这段代码：

  ---

  加载类文件之前，先验证是否被加载过了，如果加载过就不再加载，防止被覆盖掉，也防止多次加载浪费资源。然后获取类加载器的parent

  • 如果parent不存在，则说明本身已经是ExtClassLoader了，则查询下类文件是否被Bootstrap ClassLoader加载过，找到就返回，否则返回null。
  • 如果parent存在，则让父类加载器去加载类文件，这个过程是往上递推的，如 parent->parent->parent
  • 以上流程处理完毕，如果发现返回的是null则说明已经递推到了Bootstrap ClassLoader且仍不能加载，则说明该类文件不符合所有的父类加载器的加载条件，于是便轮到自己来加载了。

   

  上面说明中往上递推的过程就是委派了，而递推的方式是parent，于是就称为双亲委派机制。当然通俗理解是父类加载器优先加载模式。

   

  后记

  在委派流程，描述了在该类文件不符合所有的父类加载器的加载条件，于是便轮到自己来加载了。这里说明下加载条件

  在Launcher指定了Bootstrap ClassLoader的加载文件夹System.getProperty("sun.boot.class.path");这个主要就是JDK指定的librt包

  在ExtClassLoader中指定了加载文件夹：String var0 = System.getProperty("java.ext.dirs");这个主要就是JDK指定的libext包

  在AppClassLoader中指定了加载文件夹：String var1 = System.getProperty("java.class.path");都是环境变量，自行可配。这个主要指的是开发中的类路径

  由于AppClassLoader与ExtClassLoader都继承了URLClassLoader因此都会进行加载条件判断，如果是自定义的则可以重写loadClass来绕过双亲委派。当然不论怎么重写，加载二进制流的方法会校验类文件不能是加载以java开头的包中的类，这个是绕不过去的。

   

   

  自定义类加载器示例

  代码

  public class ConsumerClassLoaderDemo extends ClassLoader {
  
      public static void main(String[] args) throws Exception {
  
          ClassLoader myClassLoader = new ConsumerClassLoader();
          Object obj = myClassLoader.loadClass("cn.tinyice.demo.classloader.ConsumerClassLoaderDemo").newInstance();
          ClassLoader classLoader = obj.getClass().getClassLoader();
          // BootStrapClassLoader在Java中不存在的，因此会是null
          while (null != classLoader) {
              System.out.println(classLoader);
              classLoader = classLoader.getParent();
          }
      }
  }
  
  class ConsumerClassLoader extends ClassLoader {
      @Override
      public Class> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
          try {
              String classFile = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
              InputStream in = getClass().getResourceAsStream(classFile);
              if (null == in) {
                  return super.loadClass(name);
              }
              byte[] bytes = new byte[in.available()];
              in.read(bytes);
              return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
          } catch (IOException e) {
              throw new ClassNotFoundException(name);
          }
      }
  }

  
  控制台

  cn.tinyice.demo.classloader.ConsumerClassLoader@12133b1
  sun.misc.Launcher$AppClassLoader@b4aac2
  sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@f49f1c
  
  Process finished with exit code 0

   

  原文地址：程序员微录：一文读懂java类加载之双亲委派机制