为什么使用双亲委派机制？

作者: 探索的影子 | 来源:发表于2021-05-22 16:20 被阅读0次

为什么使用双亲委派机制？
SPI的ClassLoader问题
从类加载开始的JVM学习
2018-07面试题目
Tomcat类载入器
双亲委派机制
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双亲委派机制

为什么使用双亲委派机制？

专业名词

说双亲委派机制就不得不说类加载器。

引导类加载器：加载%JAVA_HOME%/jre/lib下面的核心类库，如rt.jar，charests.jar。
扩展类加载器：负责创建%JAVA_HOME%lib/ext下面的jar，如com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory所在的jar(sunjce_provider.jar)
应用类加载器：负责加载classpath下面的类包，如下图

image-20210522153159371

image-22222

实例代码

package com.test.test;

import com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory;
import sun.misc.Launcher;

import java.net.URL;

public class TestJDKLoader {


    public static void main(String[] args) {
        //rt.jar 和charests.jar是由引导加载器加载
        ClassLoader bootstrapLoader = String.class.getClassLoader();
        System.out.println("引导加载器："+bootstrapLoader);
        ClassLoader extClassLoader = DESKeyFactory.class.getClassLoader();
        System.out.println("扩展加载器："+extClassLoader);
        ClassLoader appClassLoader = Test.class.getClassLoader();
        System.out.println("应用加载器："+appClassLoader);

        System.out.println("------------------");

        //获取默认的加载器 ->appClassLoader
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println("系统默认加载器："+systemClassLoader);
        ClassLoader parentClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println("appClassLoader的父加载器："+parentClassLoader);
        ClassLoader grandClassLoader = parentClassLoader.getParent();
        System.out.println("extClassLoader的父加载器："+grandClassLoader);
        System.out.println("因为引导加载器是c++实现，所以获取不到对象");

        System.out.println("------------------");
        System.out.println();

        //获取引导加载器加载类
        System.out.println("获取引导加载器加载文件:");
        URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (URL urL : urLs) {
            System.out.println(urL);
        }

        //获取扩展加载器加载的文件
        System.out.println("获取扩展加载器加载的文件:");
        String property = System.getProperty("java.ext.dirs");
        System.out.println(property);

        System.out.println("应用加载器加载文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}

输出结果

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\bin\java.exe" "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.2.3\lib\idea_rt.jar=10759:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.2.3\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\rt.jar;F:\workspace\test\target\classes" com.test.test.TestJDKLoader
引导加载器：null
扩展加载器：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44
应用加载器：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
------------------
系统默认加载器：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
appClassLoader的父加载器：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44
extClassLoader的父加载器：null
因为引导加载器是c++实现，所以获取不到对象
------------------

获取引导加载器加载文件:
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/classes
获取扩展加载器加载的文件:
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
应用加载器加载文件：
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\rt.jar;F:\workspace\test\target\classes;C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.2.3\lib\idea_rt.jar

Process finished with exit code 0

类加载器的初始化过程

从类加载过程我们知道创建了sun.misc.Launcher。在Launcher里面包含内部类AppClassLoader和ExtClassLoader

image-20210522123117630

通过部分代码，我们可以看到Launcher是单例模式。在构造器里面能看出是通过构造器传入的方式设置父加载器，而不是继承关系。

private static Launcher launcher = new Launcher();
private ClassLoader loader;


//....

//获取
public static Launcher getLauncher() {
        return launcher;
    }

//构造器
public Launcher() {
        Launcher.ExtClassLoader var1;
        try {
            //构造扩展类加载器，在创建过程中，设置父加载器为空，这是因为引导加载器是c++实现
            var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
        } catch (IOException var10) {
            throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
        }

        try {
            //构造引用类加载器，在创建过程中设置父加载器为扩展类加载器ExtClassLoader。
            this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
        } catch (IOException var9) {
            throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
        }

    //...忽略

    }

继承关系

image-20210522122906249

下面代码就是扩展类加载器构造器设置父类为空

public ExtClassLoader(File[] var1) throws IOException {
    super(getExtURLs(var1), (ClassLoader)null, Launcher.factory);
    SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this).initLookupCache(this);
}

URLClassLoader的构造器

public URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent,
                      URLStreamHandlerFactory factory) {
    //通过变量名字可以看到parent设置了为空
    super(parent);
    //。。。
}

双亲委派机制逻辑图

继承

先判断自己加载器有没有已加载，如果有就直接返回。如果没有，让父加载器进行判断有没有加载过。

直到引导加载器都没有加载的话，就先让引导加载器进行加载，如果没有的话，就让扩展类加载器加载。

直到自定义类加载器，如果都没有提示ClassNotFound

代码解析

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Test test = new Test();
        ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("com.test.test.Test");
}

loadClass解析

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 先判断自己的加载器是否已经有该类，如果有就不需要重新加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                //如果有父类加载器，就让父类加载器去加载
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    //这是因为扩展类加载器的parent是空，通过下面的方式调用引导加载器。
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            //如果父类没有找到类，自己先进行加载
            if (c == null) {
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);

                //忽略。。。。
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

可以通过debug的方式看到this的变化

image-20210522153159370

image-20210522153216694

直到最后引导类加载器都没有找到类。扩展类自己在找类。当然也是找不到的。

image-20210522153305304

在应用类加载器找到了

image-20210522153350270

那么他是如何找到的呢？

findClass解析

通过下图可以看到AppClassLoader都没有自己的实现，所以直接找继承的父类实现就可以了。

find

URLClassLoader.java

protected Class<?> findClass(final String name)
    throws ClassNotFoundException
{
    final Class<?> result;
    try {
        result = AccessController.doPrivileged(
            new PrivilegedExceptionAction<Class<?>>() {
                public Class<?> run() throws ClassNotFoundException {
                    //这里其实就是把.替换为/，根据路径去查找class文件
                    String path = name.replace('.', '/').concat(".class");
                    Resource res = ucp.getResource(path, false);
                    if (res != null) {
                        try {
                            return defineClass(name, res);
                        } catch (IOException e) {
                            throw new ClassNotFoundException(name, e);
                        }
                    } else {
                        return null;
                    }
                }
            }, acc);
    } catch (java.security.PrivilegedActionException pae) {
        throw (ClassNotFoundException) pae.getException();
    }
    if (result == null) {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }
    return result;
}

所以为什么要使用双亲委派机制？

安全：就算自己定义了一个Java.lang.String，加载器也会通过AppClassLoader->ExtClassLoader->BootstrapLoader路径加载到核心jar包。这样便可以防止核心 API库被随意篡改
避免类重复加载：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
90%以上的类都是应用加载器进行加载，虽然第一次加载类的时候需要经历一次AppClassLoader->ExtClassLoader->BootstrapLoader。但是第二次用的时候就不需要了。如果直接从BootstrapLoader找有没有加载的话，第一次很快。但是已加载的类，特别是应用类加载器加载的，每次都需要经历引导类加载器和扩展类加载器，这样就太慢了。