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【Java】图解类加载器和双亲委派机制,一看就懂

(一)概述

我们都知道Java代码会被编译成class文件,在class文件中描述了该类的各种信息,class类最终需要被加载到虚拟机中才能运行和使用。

虚拟机把Class文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成虚拟机可以直接使用的Java类型,这就是虚拟机的类加载机制。

(二)类加载的过程

一个类从被加载到卸载出内存,一共包含下面七个阶段:

加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载 【Java】图解类加载器和双亲委派机制,一看就懂 加载的来源有以下部分:

1、本地磁盘

2、网络下载的.class文件

3、war,jar下加载.class文件

4、从专门的数据库中读取.class文件(少见)

5、将java源文件动态编译成class文件,典型的就是动态代理,通过运行时生成class文件

加载的过程是通过类加载器实现的。有关类加载的其他过程我会在下一章中介绍。

(三)类加载器的分类

类加载器分为系统级别和用户级别:

系统级别的类加载器有:

1、启动类加载器(底层使用C++实现)

2、扩展类加载器(底层使用java实现,是ClassLoader的子类)

3、应用程序类加载器(底层使用java实现,是ClassLoader的子类)

用户级别的类加载器我们统一称为自定义类加载器。

3.1 启动类加载器

首先我们来看看启动类加载器加载了哪些类,启动类加载器负责加载sun.boot.class.path:

public static void bootClassLoaderLoadingPath(){
//获取启动列加载器加载的目录
String bootStrapLoadingPath=System.getProperty("sun.boot.class.path");
//把加载的目录转为集合
List<String> bootLoadingPathList= Arrays.asList(bootStrapLoadingPath.split(";"));
for (String bootPath:bootLoadingPathList){
System.out.println("启动类加载器加载的目录:"+bootPath);
}
} 

通过上面的代码我们可以获取到启动类加载器所加载的类:

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3.2 拓展类加载器

扩展类加载器加载负责加载java.ext.dirs,我们同样写一段代码去加载它:

public static void extClassLoaderLoadingPath(){
//获取启动列加载器加载的目录
String bootStrapLoadingPath=System.getProperty("java.ext.dirs");
//把加载的目录转为集合
List<String> bootLoadingPathList= Arrays.asList(bootStrapLoadingPath.split(";"));
for (String bootPath:bootLoadingPathList){
System.out.println("拓展类加载器加载的目录:"+bootPath);
}
} 

可以看到,除了加载了JDK目录下的ext外,还加载了Sun目录下的ext

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3.3 应用程序类加载器

最后是应用类加载器,它负责加载java.class.path:

public static void appClassLoaderLoadingPath(){
//获取启动列加载器加载的目录
String bootStrapLoadingPath=System.getProperty("java.class.path");
//把加载的目录转为集合
List<String> bootLoadingPathList= Arrays.asList(bootStrapLoadingPath.split(";"));
for (String bootPath:bootLoadingPathList){
System.out.println("应用程序类加载器加载的目录:"+bootPath);
}
} 

它负责加载工程目录下classpath下的class以及jar包。

(四)双亲委派模型

所谓双亲委派模型,就是指一个类接收到类加载请求后,会把这个请求依次传递给父类加载器(如果还有的话),如果顶层的父类加载器可以加载,就成功返回,如果无法加载,再依次给子加载器去加载。 【Java】图解类加载器和双亲委派机制,一看就懂 我们先通过代码来看一下类加载器的层级结构:

public class ClassLoaderPath {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ClassLoaderPath.class.getClassLoader());
System.out.println(ClassLoaderPath.class.getClassLoader().getParent());
System.out.println(ClassLoaderPath.class.getClassLoader().getParent().getParent());
}
} 

编写一个类,依次输出这个类的类加载器,父类加载器,父类的父类加载器

【Java】图解类加载器和双亲委派机制,一看就懂

可以看到首先是应用程序类加载器,它的父类是扩展类加载器,扩展类加载器的父类输出了一个null,这个null会去调用启动类加载器。如果你不信,我们看源码:ClassLoader类

【Java】图解类加载器和双亲委派机制,一看就懂

接着从父类加载器往下调用findClass,如果可以加载,就直接返回class,如果不能加载,就依次向下。如果到了自定义加载器还是无法被加载,就会抛出ClassNotFound异常。

我画了一个流程图来展示双亲委派模型的全过程:

【Java】图解类加载器和双亲委派机制,一看就懂

双亲委派模型保证了Java程序的稳定运行,可以避免类的重复加载,也保证了 Java 的核心 API 不被篡改。

(五)破坏双亲委派

双亲委派模型并不是绝对的,spi机制就可以打破双亲委派模型。

首先我们需要了解什么是spi,spi(Service Provider Interface)是一种服务发现机制,Java在核心库中定义了许多接口,并且针对这些接口给出调用逻辑,但是并未给出具体的实现。开发者要做的就是定制一个实现类,在 META-INF/services 中注册实现类信息,以供核心类库使用。最典型的就是JDBC。

Java提供了一个Driver接口用于驱动各个厂商的数据库连接,Driver类位于JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar中,应该由Bootstrap类加载器进行加载。根据类加载机制,当被加载的类引用了另外一个类的时候,虚拟机就会使用加载该类的类加载器加载被引用的类,因此如果其他数据库厂商定制了Driver的实现类之后,按理说也得把这个实现类放到启动类加载器加载的目录下,这显然是很不合理的。

于是Java提供了spi机制,即使Driver由启动类加载器去加载,但是他可以让线程上下文加载器(Thread Context ClassLoader)去请求子类加载器去完成加载,默认是应用程序类加载器。但是这确实破坏了类加载机制。

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