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JVM【Java虚拟机】基础知识（五）

news 来源：原创 2025/5/18 6:16:40

1. 双亲委派机制

由于Java虚拟机中有多个类加载器，双亲委派机制的核心是解决一个类到底由谁加载的问题。

💡双亲委派机制有什么用？

1.保证类加载的安全性

通过双亲委派机制避免恶意代码替换JDK中的核心类库，比如java.lang.String,确保核心类库的完整性和安全性。

2.避免重复加载

双亲委派机制可以避免同一个类被多次加载。

双亲委派机制指的是：当一个类加载器接收到加载类的任务时，会自底向上查找是否加载过，再由顶向下进行加载。

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☘每个类加载器都有一个父类加载器，在类加载的过程中，每个类加载器都会先检查是否已经加载了该类，如果已经加载则直接返回，否则会将加载请求委派给父类加载器。

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☘如果所有的父类加载器都无法加载该类，则由当前类加载器自己尝试加载。所以看上去是自顶向下尝试加载。

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第二次再去加载相同的类，仍然会向上进行委派，如果某个类加载器加载过就会直接返回。

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向下委派加载起到了一个加载优先级的作用。

☘案例：

com.itheima.my.C这个类在当前程序的classpath中，看看是如何加载的。

首先自底向上一层一层的查找，发现都没有被加载过：

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之后再自定向下开始加载，每一级类加载器检查该类是不是在它的加载路径中：

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💡问题1：如果一个类重复出现在三个类加载器的加载位置，应该由谁来加载?
启动类加载器加载，根据双亲委派机制，它的优先级是最高的。

💡问题2：在自己的项目中去创建一个java.lang.String类，会被加载吗？

不能，会返回启动类加载器加载在rt.jar包中的String类

💡问题3：在Java中如何使用代码的方式去主动加载一个类呢？
方式1：使用Class.forName方法，使用当前类的类加载器去加载指定的类。
方式2：获取到类加载器，通过类加载器的loadClass方法指定某个类加载器加载。

//获取main方法所在类的类加载器，应用程序类加载器
ClassLoader classLoader = Demo1.class.getClassLoader();
//使用应用程序类加载器加载com.itheima.my.A
classLoader.loadClass("com.itheima.my.A");

☘细节：

每个Java实现的类加载器中保存了一个成员变量叫"父”(Parent)类加载器，可以理解为它的上级，并不是继承关系。

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🐟注：启动类加载器是使用C++编写，没有父类加载器。

在Arthas中可以通过classloader -t 查看类加载器的父子关系。

☀面试题（高频）

类的双亲委派机制是什么？
1、当一个类加载器去加载某个类的时候，会自底向上向父类查找是否加载过，如果加载过就直接返回，如果一直到最顶层的类加载器都没有加载，再由顶向下进行加载。
2、应用程序类加载器的父类加载器是扩展类加载器，扩展类加载器的父类加载器是启动类加载器。
3、双亲委派机制的好处有两点：第一是避免恶意代码替换JDK中的核心类库，比如java.lang.String,确保核心类库的完整性和安全性。第二是避免一个类重复地被加载。

2.打破双亲委派机制

打破双亲委派机制的三种方式：

自定义类加载器

自定义类加载器并且重写loadC1ass方法，就可以将双亲委派机制的代码去除。Tomcat通过这种方式实现应用之间类隔离。
线程上下文类加载器

利用上下文类加载器加载类，比如JDBC和JNDI等。
Osgi框架的类加载器

历史上Osgi框架实现了一套新的类加载机制，允许同级之间委托进行类的加载。

☘自定义加载器

一个Tomcat程序中是可以运行多个Web应用的，如果这两个应用中出现了相同限定名的类，比如Servlet类，Tomcat要保证这两个类都能加载并且它们应该是不同的类。
如果不打破双亲委派机制，当应用类加载器加载Web应用1中的MyServlet之后，Web应用2中相同限定名的MyServlet类就无法被加载了。

如何解决？

Tomcat使用了自定义加载器来实现应用之间类的隔离，每一个应用会有一个独立的类加载器加载对应的类。

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🐟先来分析ClassLoader的原理，ClassLoader中包含了4个核心方法。双亲委派机制的核心代码就位于loadClass方法中。

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通过上面的分析可知，要想打破类的双亲委派机制，核心就是修改loadClass方法，改变其规则。

通过阅读双亲委派机制的核心代码，分析如何通过自定义的类加载器打破双亲委派机制。

打破双亲委派机制的核心就是将下边这一段代码重新实现。

//parent等于null说明父类加载器是启动类加载器，直接调用findBootstrapClassOrNull
//否则调用父类加载器的加载方法
if (parent != null){c=parent.loadClass(name,false);
}else{c=findBootstrapClassOrNull(name);
}
//父类加载器爱莫能助，我来加载！
if (c == null)c = findClass(name);

💧示例：

通过修改loadClass方法来自定义类加载器：

核心代码如下：

public class BreakClassLoader1 extends ClassLoader{//重写的loadClass方法@Overridepublic Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException{//Object类交给父类加载器来加载if(name.startsWith("java.")){return super.loadClass(name);}byte[] data = loadClassData(name);return defineClass(name,data,0,data.length);}//main方法public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException,InstantiationException,IllegalAccessException{BreakClassLoader1 classLoader1 = new BreakClassLoader1();classLoader1.setBasePath("D:\\lib\\");Class<?> clazz1 = classLoader1.loadClass("com.itheima.my.A");System.out.println(clazz1.getClassLoader());//自定义加载器的父类加载器ClassLoader parent = classLoader1.getParent();System.out.println(parent);//结果是应用程序类加载器}
}

💡思考：

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以Jdk8为例,ClassLoader类中提供了构造方法设置parent的内容：

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这个构造方法由另一个构造方法调用，其中父类加载器由getSystemClassLoader方法设置，该方法返回的是AppClassLoader。

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💡思考：

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📕综上：

正确的去实现一个自定义的类加载器的方式是重写findClass方法，这样不会破坏双亲委派机制。

☘线程上下文类加载器

这里以JDBC为例：

JDBC中使用了DriverManager来管理项目中引入的不同数据库的驱动，比如mysql驱动、oracle驱动。

DriverManager类位于rt.jar包中，由启动类加载器加载。

依赖中的mysq驱动对应的类，由应用程序类加载器来加载。

📕因此，这里面产生了一个冲突：DriverManager属于rt.jar是启动类加载器加载的。而用户jar包中的驱动需要由应用类加载器加载，这就违反了双亲委派机制。

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💡这里首先有一个问题：DriverManager怎么知道jar包中要加载的驱动在哪儿？

这里面需要引入一个机制：SPI机制

spi全称为(Service Provider Interface),是JDK内置的一种服务提供发现机制。

spi的工作原理：

1.在ClassPath路径下的META-lNF/services文件夹中，以接口的全限定名来命名文件名，对应的文件里面写该接口的实现。

2.使用ServiceLoader加载实现类。

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DriverManage使用SPI机制，最终加载jar包中对应的驱动类。

💡SPI中是如何获取到应用程序类加载器的？
SPI中使用了线程上下文中保存的类加载器进行类的加载，这个类加载器一般是应用程序类加载器。

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那问题又来了，是不是只要是创建一个线程就是应用类加载器进行加载呢？

public class NewThreadDemo{public static void main(String[] args){new Thread(new Runnable(){@Overridepublic void run(){	System.out.println(Thread.currentThread().getContextclassLoader());}}).start();}
}
//结果：就是应用类加载器
//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

💧总结：JDBC案例中真的打破了双亲委派机制吗？实际上是没有打破的，细节上每个类都是按照双亲委派机制来查找类加载器的。

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☘Osgi框架的类加载器（了解）

历史上，OSGi模块化框架。它存在同级之间的类加载器的委托加载。OSG还使用类加载器实现了热部署的功能。

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1. 双亲委派机制

2.打破双亲委派机制

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