详解jvm双亲委派机制

2022-11-08 08:14:30 作者：寻找的路上

双亲委派机制保证了核心类的安全，确保不会被修改，也保证了不会加载到重复的字节码文件，这篇文章主要介绍了jvm双亲委派机制详解,需要的朋友可以参考下

双亲委派机制

记录一下JVM的双亲委派机制学习记录。

类加载器种类

当我们运行某一个java类的main方法时，首先需要由java虚拟机的类加载器将我们要执行的main方法所在的class文件加载到jvm中，这里提到的类加载器大概有4种：

引导类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库，比如rt.jar、charsets.jar等
扩展类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR类包
应用程序类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载你自己写的那些类
自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包。

每个类加载器加载的包路径都是不同的，有各自的职责。通过一下示例，可以看出每个类加载器加载的路径：

public class TestJDKClassLoader {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(String.class.getClassLoader());
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());
        System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());
        System.out.println();
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();
        ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();
        System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);
        System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);
        System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);

        System.out.println();
        System.out.println("bootstrapLoader加载以下文件：");
        URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
            System.out.println(urls[i]);
        }

        System.out.println();
        System.out.println("extClassloader加载以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
        System.out.println();
        System.out.println("appClassLoader加载以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}

// 运行结果：
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader

the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@330bedb4
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@14dad5dc

bootstrapLoader加载以下文件：
file:/D:/ProgramFiles/jdk1.8.0_45_64bit/jre/lib/resources.jar
file:/D:/ProgramFiles/jdk1.8.0_45_64bit/jre/lib/rt.jar
file:/D:/ProgramFiles/jdk1.8.0_45_64bit/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/ProgramFiles/jdk1.8.0_45_64bit/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/ProgramFiles/jdk1.8.0_45_64bit/jre/lib/jce.jar
file:/D:/ProgramFiles/jdk1.8.0_45_64bit/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/ProgramFiles/jdk1.8.0_45_64bit/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/ProgramFiles/jdk1.8.0_45_64bit/jre/classes

extClassloader加载以下文件：
D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext;C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext

appClassLoader加载以下文件：
D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\charsets.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\deploy.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\javaws.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\jce.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\jfr.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\jfxswt.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\jsse.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\management-agent.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\plugin.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\resources.jar;D:\ProgramFiles\jdk1.8.0_45_64bit\jre\lib\rt.jar;D:\Files\learn\tuling\jvm-demo\target\classes;D:\ProgramFiles\ideaIU-2021.3.3.win\lib\idea_rt.jar

Process finished with exit code 0

appClassLoader虽然打印的内容虽然很多，但它只需要加载target目录下的文件。

双亲委派机制

虽然基本只有4种类加载器，但这4种类加载器之间是存在一定的关联关系的。如下图：

加载某个类时会先委托给父加载器寻找目标类，找不到再委托上层父类加载器加载，所有的父类加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的类加载路径中寻找并载入目标类。

比如上面的TestJDKClassLoader，首先会委托应用程序类加载，应用程序类加载器则委托扩展类加载器加载，扩展类加载器则委托引导类加载器加载，引导类加载器在它的类加载路径下找不到TestJDKClassLoader.class文件，则向下委托扩展类加载器加载，扩展类加载器加载不到则委托应用程序类加载器自己加载，于是应用程序类加载器在target目录下找到并载入了TestJDKClassLoader.class文件。

我们来看下应用程序类加载器AppClassLoader加载类的双亲委派机制源码，AppClassLoader的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass方法，该方法的大体逻辑如下：

1.首先，检查一下指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接

返回。

2.如果此类没有加载过，那么，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加

载器加载（即调用parent.loadClass(name, false);）.或者是调用bootstrap类加载器来加

载。

3.如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的

findClass方法来完成类加载。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // First, check if the class has already been loaded
        // 检查当前类加载器是否已经找到
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                // 有无父类加载器
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            if (c == null) {
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                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;
    }
}

为什么要设计双亲委派机制？

沙箱安全机制：自己写的java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心
API库被随意篡改
避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一
次，保证被加载类的唯一性

例子：比如我们自己新建了一个java.lang.String类，我们看能不能加载成功。

package java.lang;

public class String {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("============自己的类加载器====");
    }
}

// 执行结果
错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为:
   public static void main(String[] args)
否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application

自定义类加载器

自定义类加载器只需要继承 java.lang.ClassLoader 类，该类有两个核心方法，一个是loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，还有一个方法是findClass，默认实现是空方法，所以我们自定义类加载器主要是重写findClass方法。

public class MyClassLoaderTest {
    static class MyClassLoader extends ClassLoader {
        private String classPath;

        public MyClassLoader(String classPath) {
            this.classPath = classPath;
        }

        private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
            name = name.replaceAll("\\.", "/");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
                + ".class");
            int len = fis.available();
            byte[] data = new byte[len];
            fis.read(data);
            fis.close();
            return data;
        }

        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try {
                byte[] data = loadByte(name);
                //defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节数组。
                return defineClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载器设置为应用程序类加载器AppClassLoader
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/test");
        //D盘创建 test/com/hyz/jvm 几级目录，将User类的复制类User1.class丢入该目录
        Class clazz = classLoader.loadClass("com.hyz.jvm.User1");
//        Class clazz = classLoader.loadClass("java.lang.String");
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("hello", null);
        method.invoke(obj, null);

        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}

打破双亲委派机制

假如我们的target下有一个User类，但是我们的程序代码中需要去读取D:/test/com/hyz/jvm/User.class类，根据双亲委派机制，肯定是会加载到target下的User类的，要如何才能加载到D:/test下的User类呢？

那意味着我们需要去打破双亲委派机制。看AppClassLoader的类加载逻辑，主要逻辑在父类ClassLoader.loadClass()方法中，我们只需要在自定义的类加载器中重写该方法即可。主要修改逻辑：如果类型是com.hyz.jvm开头的类，则从自定义类加载器中去读取，否则委托给上层类加载器加载。

/**
 * 32 * 重写类加载方法，实现自己的加载逻辑，不委派给双亲加载
 * 33 * @param name
 * 34 * @param resolve
 * 35 * @return
 * 36 * @throws ClassNotFoundException
 * 37
 */
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // First, check if the class has already been loaded
        Class<?> c = findLoadedClass(name);

        if (c == null) {
            // If still not found, then invoke findClass in order
            // to find the class.
            long t1 = System.nanoTime();
            if (!name.startsWith("com.hyz.jvm")) {
                c = this.getParent().loadClass(name);
            } else {
                c = findClass(name);
            }
            // this is the defining class loader; record the stats
            sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
            sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

应用到打破双亲委派机制的实际应用场景是在Tomcat加载war包。比如war1用的是spring4版本，war2用的是spring5版本，那就意味着加载着2个war包不能用同一个类加载器实例，需要各自指定一个自定义的类加载器实例，各自去加载所需的spring版本库文件。

总结：双亲委派机制保证了核心类的安全，确保不会被修改，也保证了不会加载到重复的字节码文件。

到此这篇关于jvm双亲委派机制详解的文章就介绍到这了,更多相关jvm双亲委派机制内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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