双亲委派模型

双亲委派模型
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虚拟机设计团队把类加载阶段中的 “通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流” 这个动作放到 Java虚拟机外部去实现,以便应用程序自己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”。

从 Java 虚拟机的角度上,只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现,是虚拟机自身的一部分;另外一种就是其它所有的类加载器,这些类加载器都由 Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全部继承自 java.lang.ClassLoader

从Java开发人员的角度看,类加载器还可以划分得更细一些,如下:
【1】启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)这个类加载器负责将放置在<JAVA_HOME>\lib目录中的,或者被-Xbootclasspath参数所指定路径中的,并且是虚拟机能识别的(仅按照文件名识别,如rt.jar,名字不符合的类库即使放置在 lib目录中也不会被加载)类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接使用。
【2】扩展类加载器(Extension ClassLoader)这个类加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库,开发者可以直接使用扩展类加载器。
【3】应用程序类加载器(Application ClassLoader)这个类加载器由sum.misc.Launcher.$AppClassLoader来实现。由于这个类加载器是 ClassLoader中的 getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也被称为系统类加载器。它负责加载用户类路径上所指定的类库,开发者可以直接使用这个类加载器,如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

应用程序由这三种类加载器互相配合进行加载的,如果有必须,还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器之间的关系一般如下图:

双亲委派模型的工作过程是(重点):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成该加载请求时,子加载器才会尝试自己去加载。

使用双亲委派模型来组织类加载器的一个好处就是 Java类因类加载器具备了一种带有优先级的层次关系。例如 Object类,他存放在 rt.jar 之中,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启动类加载器进行加载,因此 Object 类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。双亲委派模型对于保证 Java程序的稳定运作很重要,但它的实现非常简单,实现双亲委派代码都集中在 java.lang.ClassLoader 的 loadClass() 方法中,如下,逻辑简单清晰,先检查是否已经被加载过,若没有加载则调用父加载器的 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。如果父类加载失败,抛出 ClassNotFoundException 异常后,在调用自己的 findClass() 方法进行加载

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 首先,检查请求的类是否被加载过
        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) {
                // 如果父类加载器抛出 ClassNotFoundException
                // 说明父类加载器无法完成加载请求
            }

            if (c == null) {
                // 在父类加载器无法加载的时候
                //在调用本身的 findClass 方法来进行加载
                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;
    }

    // findClass 直接抛出 ClassNotFoundException
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }
}

破坏双拼委派模型

双亲委派模型并不是一个强制性的约束模型,而是 Java设计者推荐给开发者的类加载器实现方式。目前为止,双亲委派的具体逻辑就实现在 loadClass方法之中。应当把自己的类加载逻辑写到 findClass() 方法中,在 loadClass() 方法的逻辑里如果父类加载失败,则会调用自己的 findClass() 方法完成加载,这样就保证了新写出来的类加载器是否符合双亲委派规则。

如果基础类要调用用户的代码,那该怎么办呢。这并非是不可能的事情,一个典型的例子便是 JNDI服务,它的代码由启动类加载器去加载(在JDK1.3时放进rt.jar),但 JNDI的目的就是对资源进行集中管理和查找,它需要调用独立厂商实现部署在应用程序的 classpath下的 JNDI接口提供者(SPI, Service Provider Interface)的代码,但启动类加载器不可能“认识”之些代码,该怎么办?
为了解决这个困境,Java设计团队只好引入了一个不太优雅的设计:线程上下文类加载器(Thread Context ClassLoader)。这个类加载器可以通过 java.lang.Thread类的 setContextClassLoader()方法进行设置,如果创建线程时还未设置,它将会从父线程中继承一个;如果在应用程序的全局范围内都没有设置过,那么这个类加载器默认就是应用程序类加载器。有了线程上下文类加载器,JNDI服务使用这个线程上下文类加载器去加载所需要的 SPI代码,也就是父类加载器请求子类加载器去完成类加载动作,这种行为实际上就是打通了双亲委派模型的层次结构来逆向使用类加载器,已经违背了双亲委派模型,但这也是无可奈何的事情。Java中所有涉及 SPI的加载动作基本上都采用这种方式,例如 JNDI,JDBC,JCE,JAXB和JBI等。
双亲委派模型的第三次“被破坏”是由于用户对程序的动态性的追求导致的,例如 OSGi的出现。在 OSGi环境下,类加载器不再是双亲委派模型中的树状结构,而是进一步发展为网状结构。

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