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Java类加载器的父子委托机制详解

本文详细解析了Java类加载系统的父子委托机制。在Java程序中,.java源代码文件编译后会生成对应的.class字节码文件,这些字节码文件需要通过类加载器(ClassLoader)进行加载。ClassLoader采用双亲委派模型,确保类的加载过程既高效又安全,避免了类的重复加载和潜在的安全风险。该机制在Java虚拟机中扮演着至关重要的角色,确保了类加载的一致性和可靠性。

    “类加载体系”及ClassLoader双亲委派机制。java程序中的 .java文件编译完会生成 .class文件,而 .class文件就是通过被称为类加载器的ClassLoader加载的,而ClassLoder在加载过程中会使用“双亲委派机制”来加载 .class文件,java中有BootStrapClassLoader、ExtClassLoader、AppClassLoader三类加载器。先上图:

看着图从上往下介绍:

  1. BootStrapClassLoader:启动类加载器,是使用c++编写的,该ClassLoader是jvm在启动时创建的,用于加载 $JAVA_HOME/jre/lib下面的类库(或者通过参数-Xbootclasspath指定)。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,所以不能直接通过引用进行操作。

  2. ExtClassLoader:扩展类加载器,该ClassLoader是在sun.misc.Launcher里作为一个内部类ExtClassLoader定义的(即 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader),ExtClassLoader会加载 $JAVA_HOME/jre/lib/ext下的类库(或者通过参数-Djava.ext.dirs指定)。

  3. AppClassLoader:应用程序类加载器,该ClassLoader同样是在sun.misc.Launcher里作为一个内部类AppClassLoader定义的(即 sun.misc.Launcher$AppClassLoader),AppClassLoader会加载java环境变量CLASSPATH所指定的路径下的类库,而CLASSPATH所指定的路径可以通过System.getProperty("java.class.path")获取;当然,该变量也可以覆盖,可以使用参数-cp,例如:java -cp 路径 (可以指定要执行的class目录)。

  4. CustomClassLoader:自定义类加载器,该ClassLoader是指我们自定义的ClassLoader,比如tomcat的StandardClassLoader属于这一类;当然,大部分情况下使用AppClassLoader就足够了。

ClassLoader的双亲委派机制是这样的:

    当AppClassLoader加载一个class时,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
当ExtClassLoader加载一个class时,它首先也不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。
如果BootStrapClassLoader加载失败(例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class),会使用ExtClassLoader来尝试加载;
若ExtClassLoader也加载失败,则会使用AppClassLoader来加载,如果AppClassLoader也加载失败,则会报出异常ClassNotFoundException。

作用:双亲委派是为了安全而设计的,假如我们自定义了一个java.lang.Integer类如下,当使用它时,因为双亲委派,会先使用BootStrapClassLoader来进行加载,这样加载的便是jdk的Integer类,而不是自定义的这个,避免因为加载自定义核心类而造成JVM运行错误

package java.lang;/*** hack*/
public class Integer {public Integer(int value) {System.exit(0);}
}

初始化这个Integer的构造器是会退出JVM,破坏应用程序的正常进行,如果使用双亲委派机制的话该Integer类永远不会被调用,以为委托BootStrapClassLoader加载后会加载JDK中的Integer类而不会加载自定义的这个,可以看下下面这测试个用例:

public static void main(String... args) {Integer i = new Integer(1);System.err.println(i);}


执行时JVM并未在new Integer(1)时退出,说明未使用自定义的Integer,于是就保证了安全性。
 


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