类加载器与双亲委派模型
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每日英文
Do not pray for easy lives, pray to be stronger. 与其祈求生活平淡点，还不如祈求自己强大点。
乐乐有话说
我也曾有过一双翅膀，不过我没用它在天上翱翔，而是放在锅里炖汤。
来自：芥末无疆sss
链接：https://www.jianshu.com/p/4336cd6d05d9
封面来自网络
1.1 加载类的开放性
类加载器（ClassLoader）是Java语言的一项创新，也是Java流行的一个重要原因。
在类加载的第一阶段“加载”过程中，需要通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流，完成这个动作的代码块就是类加载器。这一动作是放在Java虚拟机外部去实现的，以便让应用程序自己决定如何获取所需的类。
虚拟机规范并没有指明二进制字节流要从一个Class文件获取，或者说根本没有指明从哪里获取、怎样获取。这种开放使得Java在很多领域得到充分运用，例如：
从ZIP包中读取，这很常见，成为JAR，EAR，WAR格式的基础
从网络中获取，最典型的应用就是Applet
运行时计算生成，最典型的是动态代理技术，在java.lang.reflect.Proxy中，就是用了ProxyGenerator.generateProxyClass来为特定接口生成形式为“*$Proxy”的代理类的二进制字节流
有其他文件生成，最典型的JSP应用，由JSP文件生成对应的Class类
……
1.2 类加载器与类的唯一性
类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但是对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身共同确立其在Java虚拟机中的唯一性。通俗的说，JVM中两个类是否“相等”，首先就必须是同一个类加载器加载的，否则，即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要类加载器不同，那么这两个类必定是不相等的。
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，也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。
以下代码说明了不同的类加载器对instanceof关键字运算的结果的影响。
package com.jvm.classloading;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
/**
* 类加载器在类相等判断中的影响
*
* instanceof关键字
*
*/
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 自定义类加载器
ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
@Override
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
if (is == null) {
return super.loadClass(fileName);
}
byte[] b = new byte[is.available()];
is.read(b);
return defineClass(name, b, 0, b.length);
} catch (IOException e) {
throw new ClassNotFoundException();
}
}
};
// 使用ClassLoaderTest的类加载器加载本类
Object obj1 = ClassLoaderTest.class.getClassLoader().loadClass("com.jvm.classloading.ClassLoaderTest").newInstance();
System.out.println(obj1.getClass());
System.out.println(obj1 instanceof com.jvm.classloading.ClassLoaderTest);
// 使用自定义类加载器加载本类
Object obj2 = myLoader.loadClass("com.jvm.classloading.ClassLoaderTest").newInstance();
System.out.println(obj2.getClass());
System.out.println(obj2 instanceof com.jvm.classloading.ClassLoaderTest);
}
}
输出结果：
class com.jvm.classloading.ClassLoaderTest
true
class com.jvm.classloading.ClassLoaderTest
false
myLoader是自定义的类加载器，可以用来加载与自己在同一路径下的Class文件。main函数的第一部分使用系统加载主类ClassLoaderTest的类加载器加载ClassLoaderTest，输出显示，obj1的所属类型检查正确，这是虚拟机中有2个ClassLoaderTest类，一个是主类，另一个是main()方法中加载的类，由于这两个类使用同一个类加载器加载并且来源于同一个Class文件，因此这两个类是完全相同的。
第二部分使用自定义的类加载器加载ClassLoaderTest，class com.jvm.classloading.ClassLoderTest显示，obj2确实是类com.jvm.classloading.ClassLoaderTest实例化出来的对象，但是第二句输出false。此时虚拟机中有3个ClassLoaderTest类，由于第3个类的类加载器与前面2个类加载器不同，虽然来源于同一个Class文件，但它是一个独立的类，所属类型检查是返回结果自然是false。
2.1 类加载器种类
2.1.1 Java虚拟机的角度
启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现（HotSpot虚拟机中），是虚拟机自身的一部分
所有其他的类加载器，这些类加载器都有Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自java.lang.ClassLoader
2.1.2 开发者的角度
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型。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）
2.2 双亲委派模型过程
某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。
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，它存在于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。
2.3 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 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;
}
}
注意，双亲委派模型是Java设计者推荐给开发者的类加载器的实现方式，并不是强制规定的。
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，具体分析可以参见周志明著《深入理解Java虚拟机》。
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