《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》--类加载器&双亲委派模型

类加载器

一、从JVM的角度来说,只存在两种不同的类加载器:

1、一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类由C++实现,是JVM自身的一部分。

2、另外一种就是其他所有的类加载器,这些类加载器由java实现。独立于JVM外部,并且全部都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

二、从java开发者角度来说,常用的系统提供的类加载器可以细化有三种:

1、启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):
这个类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JVM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目录中也不会被加载)类库加载到JVM内存中。启动类加载器无法被java程序直接引用。

2、扩展类加载器(Extension ClassLoader):
这个类加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,它负责加载<JAVA_HOME>\LIB\ext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的所有类库,开发者可以直接使用扩展类加载器。

3、应用程序类加载器(Application ClassLoader):
这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也称之为系统类加载器。它负责加载用户类路径(ClassPath)上所指定的类库,开发者可以直接用这个类加载器,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中的默认加载器。
我们的应用程序都是由这三个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。加载器之间的关系一般如下:

启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)<- 扩展类加载器(Extension ClassLoader) <- 应用程序类加载器(Application ClassLoader) <- 一个或多个自定义类加载器。


双亲委派模型&类加载器之间的关系.png

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。这里的类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系去实现,而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。
类加载器的双亲委派模型在JDK1.2被引入并广泛应用于之后几乎所有的java程序中。是java设计者们推荐使用的类加载实现方式,但是非强制性的约束模型。

1、双亲委派模型的工作过程:
如果一个类加载器收到了类加载的请求,它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,因此所有的加载请求最终都应传送到启动类加载器中,只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求时,子加载器才会去尝试自己去加载。

2、使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系
好处:java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如Object类,它存放在rt.jar中,无论哪个类加载器要加载这个类,最终都是委派给启动类加载器进行加载,因此Object类在程序的各种类加载环境中都是同一个类。相反,如果没有使用双亲委派模型,由各个类加载器去加载的话,如果用户自己写了一个Object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从保证,应用程序也会变得一片混乱。

3、双亲委派模型对于保证java程序的稳定运作很重要,但是它的实现非常简单。实现双亲委派的代码都在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            // 首先,检查类是否被加载
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    // 如果父加载器不为空,则让父加载器去加载类
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        // 如果没有父加载器,就默认让启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)去加载类
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
                
                // 如果父加载器或者启动类加载器加载失败了,则调用自己的findClass()方法加载类
                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;
        }
    }

逻辑清晰易懂:先检查是否已经被加载过,若没有加载则调用父加载器的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。如果父类加载失败。则抛出ClassNotFoundException异常后,再调用自己的findClass()方法进行加载。

-- 全文摘抄自《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》一书

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