1.2 双亲委派机制及其原理

JVM 2021-02-11

1. 类加载的过程

　　1.1 类加载器初始化的过程

　　1.2 类加载的过程

　　1.3 类的懒加载

2. jvm核心类加载器

参考博客: https://www.cnblogs.com/ITPower/p/13197220.html

 

一. 双亲委派机制

1.1 什么是双亲委派机制 

我们先来看一个案例:

复制代码

package com.lxl.jvm;
import sun.misc.Launcher;
import java.net.URL;

public class TestJDKClassLoader {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println();
        System.out.println("bootstrap Loader加载一下文件:");
        URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (int i = 0; i<urls.length; i++) {
            System.out.println(urls[i]);
        }

        System.out.println();
        System.out.println("extClassLoader加载以下文件");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));

        System.out.println();
        System.out.println("appClassLoader加载以下文件");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}

复制代码

这是打印引导类加载器,扩展类加载器,应用程序类加载器加载的目录. 

我们来看一下: 

引导类加载器加载的文件是:Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()下的文件

扩展类加载器加载的文件是: java.ext.dirs,java扩展类目录

应用程学类加载器,加载的是: java.class.path,java home路径下的所有类

我们来看一下打印结果

复制代码

bootstrap Loader加载一下文件:
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/classes

extClassLoader加载以下文件
/Users/Library/Java/Extensions:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext:/Library/Java/Extensions:/Network/Library/Java/Extensions:/System/Library/Java/Extensions:/usr/lib/java

appClassLoader加载以下文件

/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/deploy.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/cldrdata.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/dnsns.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jaccess.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jfxrt.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/localedata.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/nashorn.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunec.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/zipfs.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/javaws.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfxswt.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/management-agent.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/plugin.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/lib/ant-javafx.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/lib/dt.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/lib/javafx-mx.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/lib/jconsole.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/lib/packager.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/lib/sa-jdi.jar:
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_181.jdk/Contents/Home/lib/tools.jar:
/Users/Downloads/workspace/project-all/target/classes:
/Users/responsitory/org/springframework/boot/spring-boot-starter/2.2.8.RELEASE/spring-boot-starter-2.2.8.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/org/springframework/boot/spring-boot/2.2.8.RELEASE/spring-boot-2.2.8.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/org/springframework/spring-context/5.2.7.RELEASE/spring-context-5.2.7.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/org/springframework/spring-aop/5.2.7.RELEASE/spring-aop-5.2.7.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/org/springframework/spring-beans/5.2.7.RELEASE/spring-beans-5.2.7.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/org/springframework/spring-expression/5.2.7.RELEASE/spring-expression-5.2.7.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/org/springframework/boot/spring-boot-autoconfigure/2.2.8.RELEASE/spring-boot-autoconfigure-2.2.8.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/org/springframework/boot/spring-boot-starter-logging/2.2.8.RELEASE/spring-boot-starter-logging-2.2.8.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/ch/qos/logback/logback-classic/1.2.3/logback-classic-1.2.3.jar:
/Users/responsitory/ch/qos/logback/logback-core/1.2.3/logback-core-1.2.3.jar:
/Users/responsitory/org/apache/logging/log4j/log4j-to-slf4j/2.12.1/log4j-to-slf4j-2.12.1.jar:
/Users/responsitory/org/apache/logging/log4j/log4j-api/2.12.1/log4j-api-2.12.1.jar:
/Users/responsitory/org/slf4j/jul-to-slf4j/1.7.30/jul-to-slf4j-1.7.30.jar:
/Users/responsitory/jakarta/annotation/jakarta.annotation-api/1.3.5/jakarta.annotation-api-1.3.5.jar:
/Users/responsitory/org/springframework/spring-core/5.2.7.RELEASE/spring-core-5.2.7.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/org/springframework/spring-jcl/5.2.7.RELEASE/spring-jcl-5.2.7.RELEASE.jar:
/Users/responsitory/org/yaml/snakeyaml/1.25/snakeyaml-1.25.jar:
/Users/responsitory/org/slf4j/slf4j-api/1.7.30/slf4j-api-1.7.30.jar:


/Applications/IntelliJ IDEA.app/Contents/lib/idea_rt.jar



复制代码




通过观察,我们发现


引导类加载器,确实只加载了java home下的/jre/lib目录下面类


扩展类加载器加载了java扩展目录里面的类


但是,应用程序类加载器,加载的类包含了java home下/jre/lib目录,java home扩展目录下的类,还有responsitory仓库下的类,还有idea的类,还有就是我们的类路径下target的类. 


问题来了,为什么AppClassLoader加载器加载了引导类加载器和扩展类加载器要加载的类呢? 这样加载不是重复了么?


 


其实,不会重复加载,appClassLoader主要加载的类就是target目录下的类,其他目录下的类基本上不会加载. 为什么呢? 这就是下面要说的双亲委派机制.




 


 上面这个图就是双亲委派机制的图. 什么意思呢?


比如: 我现在有一个自定义的java.lxl.jvm.Math类. 首先是由应用程序类加载器去加载java.lxl.jvm.Math类,他要去看他已经加载的类中是否有这个类,如果有,就直接返回回来,如果没有,就委托扩展类加载器去加载. 扩展类加载器去查看已经加载的类是否有java.lxl.jvm.Math,如果有就返回,如果没有就继续委托它的父类引导类加载器去加载. 这时候,我们都知道,Math类是我自己定义的,引导类加载器中不可能有,所以,他就会让扩展类加载器去加载,扩展类加载器中有没有呢? 当然也没有,于是委托应用程序类加载器,ok,应用程序类加载器是有的,于是就可以加载,然后返回了.


 


那么,这里有一个问题,  那就是,由应用程序类加载器首先加载,然后最后又回到了应用程序类加载器. 绕了一圈又回来了,这样是不是有些多此一举呢,循环了两次? 为什么一定要从应用程序类加载器加载呢? 直接从引导类加载器加载不好么?只循环一次啊....


 


其实,对于我们的项目来说,95%的类都是我们自己写的,因此,而我们自己写的类是有应用程序类加载器加载. 其实,应用程序类加载器只有在第一次的时候,才会加载两次. 以后,当再次使用到这个类的时候,直接去问应用程序类加载器,有这个类么? 已经有了,就直接返回了. 


 


 1.2 源码分析双亲委派机制


我们来看一下类加载器.类加载器主要调用的是classLoader.loadClass("com.lxl.Math") 这个方法来实现双亲委派机制的. 根据上面的分析,我们知道,在Launcher类初始化的时候,loadClass是AppClassLoader,那么也就是说,双亲委派机制的起点是AppClassLoader. 


下面我们来看一下源码, 我们采用断点的方式来分析 


 首先,我们在Launcher的AppClassLoader的loadClass(String var1,boolean var2) 这个方法添加一个断点,并将其赋值为我们的com.lxl.jvm.Math类




 


 然后运行Math的main方法,我们来看一下这个类到底是如何被加载的




 


 启动debug调试模式,首先进入了Launch.AppClassLoader.loadClass(....)方法




 


 我们来具体看看这个方法的实现




 


上面都是在做权限校验,我们看重点代码. 重点代码是调用了super.loadClass(var1,var2),而这个super是谁呢? 我们来看看AppClassLoader的集成关系


在mac上按option+command+u查看集成关系图




 


 我们看到AppClassLoader继承自URLClassLoader,而URLClassLoader又继承了上面四个类,最终有继承一个叫做ClassLoader的类,所有的类加载器,最终都要继承这个ClassLoader类.


而这里调用的是super.loadClass(),我们来看看URLClassLoader中是否有loadClass()类,看过之后发现,他没有,最终这个super.loadClass()是继承了ClassLoader类的loadClass(....)方法




 


正是这个类实现了双亲委派机制,下面我们就来看看,他到底是怎么实现的?


当前的类加载器是AppClassLoader类加载器,首先第一步是查找AppClassLoader中已经加载的类中,有没有这个类,




 


 


 通过调用findLoadedClass(name)方法来查询已经加载的类中,有没有com.lxl.jvm.Math类. 那么findLoadedClass(name)里面做了什么呢? 我们进去看看


 


 


我们看到,findLoaderClass(name)方法调用了自己的一个方法findLoadedClass0,  这个方法是native的,也就是是本地方法,使用c++实现的,我们不能看到底部的具体实现细节了. 但是大致的逻辑就是在已经加载的类中查找有没有com.lxl.jvm.Math这个类,如果有就返回Class类信息.




 


 debug看到,显然是没有的,接下来就是走到if(c == null)里面了,这里做了什么事呢?




 


 他判断了,当前这个类加载器的parent是否是null. 我们知道当前这个类加载是AppClassLoader,他的parent是ExtClassLoader,自然不是null,就会执行里面的parent.loadClass(name,false);


也就是执行扩展类加载器的loadClass(...)方法. 我们来看看扩展类ExtClassLoader




 


我们发现ExtClassLoader类里面没有loadClass(...)方法,那他没有,肯定就是在父类里定义的了,通过查找,最后我们发现这个方法还是ClassLoader里的loadClass(...)方法. 于是,我们继续debug.肯定会再次走到loadClass(...)这个方法里来. 而此时,loadClass是ExtClassloader的loadClass(...)方法




 


 果然,又走到这个方法里面来了


继续往下执行,首先查找ExtClassLoader中已经加载的类中,是否有java.lxl.jvm.Math类,过程和上面是一样的. 最后调用的是本地方法. 


我们知道,这肯定是没有的了. 然后继续判断,ExtClassLoader的parent是否为空. 很显然,他就是空啊,因为ExtClassLoader的父类加载器是引导类加载器BootStrapClassLoader,而引导类加载器是c++写的,这里的parent为空. parent为空执行的是else中的代码




 


 这个方法就是去引导类加载器BootstrapClassLoad中查找,是否有这个类,我们来看看引导类加载器里面的具体实现




 


 我们发现,最后具体的逻辑也是一个本地方法实现的. 我们还是猜测一下,这就是去查找引导类加载器已经加载的类中有没有com.lxl.jvm.Math,如果有就返回这个类,如果没有就返回null.


很显然,是没有的. c == null. 我们继续来看下面的代码


 


到此为止,我们第一次向上查找的过程就完完事了. 用图表示就是这样




 


 首先有应用程序类加载器加载类,判断应用程序已加载的类中,结果是没有,没有则调用其父类加载器ExtClassLoader的loadClass()方法,去扩展类加载器中查找是否有这个类,也没有. 那么判断其父类是否为空,确实为空,则进入到引导类加载器中取查找是否有这个类,最后引导类加载器中也没有,返回null


 


下面来看看类加载器是如何向下委派的?


引导类加载器中也没有这个类,返回null,接下来调用findClass(name);查找ExtClassLoader中是否有com.lxl.jvm.Math,我们来看看具体的实现. 首先这是谁的方法呢?是ExtClassLoader的. 




 


进入到findClass(name)方法中,首先看看ExtClassLoader类中是否有这个方法,没有,这里调用的是父类UrlClassLoader中的findClass()方法




 


在findClass()里面,我们看到将路径中的.替换为/,并在后面增加了.class. 这是在干什么呢? 不就是将com.lxl.jvm.Math替换为com/lxl/jvm/Math.class么


然后去resource库中查找是否有这个路径. 没有就返回null,有就进入到defineClass()方法.


我们想一想,在ExtClassLoader类路径里面能找到这个类么?显然是找不到的,因为这个类使我们自己定义的. 


他们他一定执行return null.




 


 正如我们分析,debug到了return null; 这是执行的ExtClassLoader的findClass(). 返回null,回到AppClassLoader加载类里面




 


 c就是null,然后继续执行findClass(name),这是还是进入到了URLClassPath类的findClass(name)




 


 如上图,此时调用的是AppClassLoader的findClass(name),此时的resource还是空么?当然不是了,在target目录中就有Math.class类,找到了,接下来执行defineClass(name,res)


defindClass这个方法是干什么的呢? 这个方法就是加载类. 类已经找到了,接下来要做的就是将其加载进来了. 


这里执行的就是我们之前说的类加载的几个步骤,如下图红线圈出的部分.




 好了,具体的就不说了. 后面有时间在继续分析.


这就是双亲委派机制的源码. 


那么当下一次在遇到com.lxl.jvm.Math类的时候,我们在AppClassLoader中就已经有了,直接就返回了.


在来看一遍双亲委派机制的流程图




 


1.3 为什么要有双亲委派机制?




两个原因: 
1. 沙箱安全机制,自己写的java.lang.String.class类不会被加载,这样便可以防止核心API库被随意修改
2. 避免类重复加载. 比如之前说的,在AppClassLoader里面有java/jre/lib包下的类,他会加载么? 不会,他会让上面的类加载器加载,当上面的类加载器加载以后,就直接返回了,避免了重复加载.




 


我们来看下面的案例


加入,我在本地定义了一个String类,包名是java.lang.String. 也就是是rt.jar包下的String类的包名是一样的哈. 




 


 


 如上图,这是我们运行main方法,会怎么样? 没错,会报错




 


 


 下面分析一下,为什么会报错呢?


还是看双亲委派机制的流程,首先由AppClassLoader类加载器加载,看看已经加载的类中有没有java.lang.String这个类,我们发现,找ExtClassLoader加载,也没有,然后交给引导类BootStrapClassLoader加载,结果能不能找到呢? 当然可以了. 但是这个java.lang.String是rt.jar中的类,不是我们自定义的类,加载了rt.jar中的java.lang.String类以后,去找main 方法,没找到.....结果就跑出了找不到main方法异常. 


 


所以说,如果我们自己定义的时候,想要重新定义一个系统加载的类,比如String.class,可能么? 不可能,因为自己定义的类根本不会被加载


这就是双亲委派机制的第一个作用: 沙箱安全机制, 自己写的java.lang.String.class类不会被加载,这样便可以防止核心API库被随意修改


双亲委派机制还有一个好处: 避免类重复加载. 比如之前说的,避免了重复加载.


 

                

              

          

            
            


            

              

                
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原文链接：https://www.cnblogs.com/niejunlei/p/5987611.ht...

            

              

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