JVM 类加载机制以及双亲委派模型

类加载机制

类加载器
  JVM主张把类加载阶段”通过一个类的全限定名来获取此类的二进制字节流”这个动作放到JVM外部去实现,以便让应用程序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”。

类与类加载器
  类加载器虽然只用于实现类的加载动作,但它在java程序中起到的作用却远远不限定于类加载阶段。对于任意一个类,都需要有加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在JVM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。即:比较两个类是否相等,只有这两个类有同一类加载器加载的前提下才有意义,否则即使这两个类源于统一class文件,同一个JVM加载,只要加载它们的类加载器不一样,这两个类就不相等。这里的相等,包括代表类的class对象的equals方法、isAssignableFrom方法、isInstance方法的返回结果;还有instanceof关键字的判定情况。

  类加载机制:虚拟机将描述类的数据从class文件加载到内存中,对加载的数据进行验证,解析,初始化,最后得到虚拟机认可后转化为直接可以使用的java类型的过程
  类加载机制一共有七个阶段:加载,验证,准备,解析,初始化,使用,卸载,其中:验证,准备,解析合称为连接阶段。

双亲委派模型

类加载器种类

  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(Bootstrap ClassLoader),是虚拟机自身的一部分;另一种就是所有其他的类加载器,独立于虚拟机外部,并且全部继承自java.lang.ClassLoader。类加载器可以细分为:

  • 启动(Bootstrap)类加载器:负责将 Java_Home/lib下面的类库加载到内存中(比如rt.jar)。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节,开发者无法直接获取到启动类加载器的引用,所以不允许直接通过引用进行操作
  • 标准扩展(Extension)类加载器:是由 Sun 的 ExtClassLoader(sun.misc.Launcher$ExtClassLoader)实现的。它负责将Java_Home /lib/ext或者由系统变量 java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器
  • 应用程序(Application)类加载器:是由 Sun 的 AppClassLoader(sun.misc.Launcher$AppClassLoader)实现的。它负责将系统类路径(CLASSPATH)中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加载器。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,因此一般称为系统(System)加载器。

除此之外,还有自定义的类加载器,它们之间的层次关系被称为类加载器的双亲委派模 。该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该有自己的父类加载器,而这种父子关系一般通过组合(Composition)关系来实现,而不是通过继承(Inheritance)。
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双亲委派模型

双亲委派模型过程

  双亲委派模型的式作过程是: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该传送到顶层的启动类加载器中,只有当父加载器反馈自己无法完全这个加载请求时,子加载器才会尝试自己去加载。
  使用双亲委派模型的好处在于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,它存在在rt.jar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Bootstrap ClassLoader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,如果没有双亲委派模型而是由各个类加载器自行加载的话,如果用户编写了一个java.lang.Object的同名类并放在ClassPath中,那系统中将会出现多个不同的Object类,程序将混乱。因此,如果开发者尝试编写一个与rt.jar类库中重名的Java类,可以正常编译,但是永远无法被加载运行。

双亲委派模型的系统实现

  在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中,先检查是否已经被加载过,若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法,若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父加载失败,则抛出ClassNotFoundException异常后,再调用自己的findClass()方法进行加载。

protected synchronized Class<?> loadClass(String name,boolean resolve)throws ClassNotFoundException{
    //check the class has been loaded or not
    Class c = findLoadedClass(name);
    if(c == null){
        try{
            if(parent != null){
                c = parent.loadClass(name,false);
            }else{
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        }catch(ClassNotFoundException e){
            //if throws the exception ,the father can not complete the load
        }
        if(c == null){
            c = findClass(name);
        }
    }
    if(resolve){
        resolveClass(c);
    }
    return c;
}

大多数的类加载器都遵循这个模型,但是JDK中也有较大规模破坏双亲模型的情况,例如线程上下文类加载器(Thread Context ClassLoader)的出现。

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