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Java中的双亲委派模型以及如何破坏双亲委派

Java 中的类加载机制是 JVM 中的重要组成部分,负责将类的字节码文件加载到内存中,并将其转化为 Java 虚拟机可识别的 Class 对象。在这个过程中,双亲委派模型(Parent Delegation Model)是确保 Java 应用程序安全性和稳定性的重要机制之一。本文将详细讲解双亲委派模型的工作原理、优势,以及如何在实际开发中理解和应用这一机制。

一、什么是双亲委派模型

双亲委派模型是一种类加载的机制,它规定一个类加载器在加载类时,首先将加载请求委托给父类加载器,只有当父类加载器无法加载该类时,才由自身尝试加载。这种委派关系是自下而上,层层递进的。

在 JVM 中,类加载器分为三个主要类型:

  1. 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)

    • 它是 JVM 自带的类加载器,负责加载 Java 核心类库,如 rt.jar 中的类。
    • 启动类加载器是用原生代码(C/C++)实现的,不是 java.lang.ClassLoader 的子类。
  2. 扩展类加载器(Extension ClassLoader)

    • sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现,负责加载扩展类库。
  3. 应用类加载器(Application ClassLoader)

    • sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现,负责加载应用程序的类路径(classpath)下的类,是我们平常编写 Java 程序时默认的类加载器。

类加载的委派关系从应用类加载器开始,层层向上依赖,直至启动类加载器:

 
二、双亲委派模型的工作流程

当一个类加载器需要加载一个类时,双亲委派模型的工作流程如下:

  1. 检查缓存:类加载器首先检查是否已经加载过该类。如果已加载,则直接返回该类的 Class 对象。

  2. 向父加载器请求:如果未加载,类加载器会将加载请求委托给父加载器,递归地向上直到 Bootstrap ClassLoader

  3. 父加载器尝试加载:父加载器尝试加载该类,如果成功,则返回 Class 对象。

  4. 父加载器加载失败:如果父加载器无法加载该类,则委托链条会回退到原始请求的类加载器。

  5. 当前加载器加载:如果所有父加载器都无法加载该类,则由当前类加载器尝试加载。如果成功,返回 Class 对象;否则,抛出 ClassNotFoundException 异常。

三、双亲委派模型的优势
  1. 安全性:双亲委派模型确保核心类库(如 java.lang.Object)由 Bootstrap ClassLoader 加载,避免被用户自定义的类所篡改。这样,Java 程序的基础类和安全机制得以保护。

  2. 避免类的重复加载:通过双亲委派机制,JVM 避免了同一个类被多个类加载器重复加载的问题。如果一个类已经由父类加载器加载过,子类加载器就不会再次加载,保证了类的唯一性。

  3. 模块化与隔离性:双亲委派模型为类的加载提供了清晰的层次结构和模块化机制,应用程序的类与 Java 核心类库、扩展类库得以隔离,避免命名冲突和类加载冲突。

四、打破双亲委派的情况

尽管双亲委派模型有很多优点,但在某些情况下,需要打破双亲委派模型来实现特定的功能。打破双亲委派机制的常见方式主要有两种:自定义类加载器和覆盖 loadClass() 方法。例如:

  1. OSGi:OSGi 是一种动态模块系统框架,它通过自定义类加载器打破了双亲委派模型,实现了模块之间的隔离。

  2. SPI(Service Provider Interface):Java 中的 SPI 机制允许在运行时动态加载实现类,这通常会通过自定义类加载器来加载具体的实现,而不依赖父加载器。

  3. Tomcat 等 Web 容器:Tomcat 等 Web 容器通常会打破双亲委派模型,以实现应用与容器类库之间的隔离。

五、总结

双亲委派模型是 Java 类加载机制的基础,通过委派机制,JVM 确保了核心类库的安全性和系统的稳定性。虽然大多数应用程序无需直接操作类加载器,但理解双亲委派模型对于解决复杂类加载问题、自定义类加载器或开发框架和容器具有重要意义。


http://www.mrgr.cn/news/18916.html

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