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Java类加载器与双亲委派模型

Java类加载器与双亲委派模型

作者: gzss | 来源:发表于2019-06-26 00:22 被阅读0次

    虚拟机设计中把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现,以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。

    1、类与类加载器

    类加载器虽然只用于实现类的加载动作,但他在Java程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段、对于任意一个类,都需要由加载他的类加载器和这个类本身一同确立其在Java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。这句活可以表达的更通俗一些:比较两个类是否“相等”,只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义,否则,即使这两个类来源于同一个Class文件,被同一个虚拟机加载,只要加载他们的类加载器不同,那这两个类就必定不相等。

    这里所指的“相等”,包括代表类的class对象的equals()方法,isAssignableFrom()方法,isInstance()方法的返回结果,也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。如果没有注意到类加载器的影响,在某些情况下可能会产生具有迷惑性的结果,如下代码

    运行结果如下:

    代码中构造了一个简单的类加载器,他可以加载与自己在同一路径下的class文件。我们使用这个类加载器加载了ClassLoaderTest这个类,并实例化这个类的对象。两行输出结果中,从第一句可以看出,这个类确实是类ClassLoaderTest实例化出来的对象。但从第二句可以发现,这个对象与类ClassLoaderTest所做属类型检查的时候却反回了false,这是因为虚拟机中存在了两个ClassLoaderTest类,一个是由系统应用程序类加载器加载的,另外一个是由我们自定义的类加载器加载的,虽然都来自同一个class文件,但依然是两个独立的类,做对象所属类型检查时结果自然为false。
    2、双亲委派模型

    从Java虚拟机的角度,只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器,这个类加载器使用C++编写,是虚拟机资深的一部分;另外一种是所有其他的类加载器,这些类加载器都有Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全部都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

    从Java开发人员的角度来看,类加载器还可以划分的更细一点,绝大部分Java程序都会使用到以下三种系统提供的类加载器。

    启动类加载器,这个加载器负责将存放在<JAVA_HOME>\lib目录中的,或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的,并且是虚拟机识别的(仅按照文件名识别,如rt.jar,名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被夹在)类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被程序直接引用。

    扩展类加载器,这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,他负责加载<JAVA_HOME>\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。

    应用程序类加载器,这个类加载器由sun.misc.Lanucher$AppClassLoader实现,由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也称他为系统类加载器。他负责加载用户类路径上所指定的类库,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默认的类加载器。

    我们应用程序都是有这三种类加载器相互配合进行加载的,如果有必要,还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器的关系如下图:

    类加载器双亲委派模型

    上图展示的类加载器之间的这种层次关系,成为类加载器的双亲委派模型,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。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现,而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。

    双亲委派模型的工作过程是:如果一个类加载器收到了类加载的请求,他首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的家在请求最终都应该传送到顶层的启动类夹在其中,只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求(他的搜索范围没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去加载。

    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就是Java类随着他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。他存放在rt.jar之中,无论哪一个类加载器要加载这个类,最终都是委派给处于模型最前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成为java.lang.Object的类,并放在程序的ClassPath中,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混乱。

    双亲委派模型对于保证Java程序的稳定运作很重要,但他的实现却非常简单,实现双亲委派的代码都集中在在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中,先检查是否已经被夹在过,若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法,若父类加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父类加载器加载失败,跑出ClassNotFoundException异常后,在调用自己的findClass()方法进行加载,代码如下:

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