深入理解Java虚拟机之----双亲委派模型

双亲委派模型(至于为什么叫这个请看参考资料第二点)

双亲委派模型

上图即是类加载器的双亲委派模型。

通俗一点来说,对于任意层次的类加载器接到了类加载的请求,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上一层的父类加载器去完成,当父类加载器无法完成加载请求时,子加载器才会尝试自己去加载。

一、类加载器种类

1、从虚拟机角度来看讲,只存在两种不同的类加载器:

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)

    这个类加载器使用 C++ 语言实现,是虚拟机自身的一部分

  • 其他所有类加载器

    除开启动类加载器的所有其他类加载器,这些类加载器均由 Java 语言实现,并且全部继承于抽象类 java.lang.ClassLoader

2、从 Java 开发人员的角度来看,类加载器可以按照以下类型进行划分:

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)

    前面已经介绍过,这个类加载器负责将存放在 <JAVA_HOME>/lib 目录中的,或者被 -Xbootclasspath 参数指定的路径中的,并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被 Java 程序直接引用,用户在编写自定义类加载器时,如果需要把加载请求委派为引导类加载器,那直接使用 null 替代即可。

  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader)

    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 系统变量所指定的路径中的所有类库,开发者可以直接使用。

  • 应用程序类加载器(Application ClassLoader)

    sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现,由于它是 ClassLoader 中的
    getSystemClassLoader() 方法的返回值,所以一般也称它为系统类加载器。它负责用户类路径(ClassPath)上所指定的类库,开发者可以直接使用。如果用户没有自定义类加载器,那么它就是程序中默认的类加载器。

  • 自定义类加载器(User ClassLoader)

    用户自定义的类加载器,也是继承自 ClassLoader

类加载器之间的层级关系:启动类加载器位于类加载器的最顶层,它本身之上没有 parent ,由于它是由 C++ 实现,所以它也不是一个对象,在 Java 中一般用 parent=null 来表示;然后依次为扩展类加载器,应用程序类加载器和自定义类加载器,即:自定义类加载器的 parent 为应用程序类加载器,应用程序类加载器的 parent 为扩展类加载器,扩展类加载器的 parent=null 即为启动类加载器;当然这属于一般情况,其实,自定义类加载器的 parent 也可以为启动类加载器,只需将自定义类加载器的 parent 设置为 null 即可。

二、双亲委派模型

双亲委派模型实现很简单,就是 ClassLoader#loadClass 方法,请看 loadClass 方法中的代码:

    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) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    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;
        }
    }

首先,类加载肯定得是一个同步操作,在加载前先检查类是否已经被加载过,防止一个类被加载多次。接着就是我们要说的双亲委派模型了:首先判断这个类是否存在 parent ,如果存在,则委派给 parent 去加载(这是一个向上递归调用的过程),如果不存在则委派给启动类加载器去加载;当这两者都无法加载时,才调用自身的 findClass 方法去加载,这就是我们所说的双亲委派模型。

双亲委派模型有一个显而易见的好处:就是 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。例如类 java.lang.Object ,它存放在 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顶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称为 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一片混乱。

参考资料:

(1)《深入理解java虚拟机》周志明 著.

(2)哪些专有名词翻译得特别烂?

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