深入理解双亲委派机制

1. 引言

在Java中，双亲委派机制被广泛应用于类加载机制中，它是一种用于保证Java应用程序的安全性和稳定性的重要机制。本篇将深入探讨双亲委派机制的原理、实现方式以及应用场景，并通过示例代码和测试代码来加强对双亲委派机制的理解。

上图展示了双亲委派机制的类加载器层次结构，可以看出类加载器之间的父子关系。

2. 双亲委派机制的概述

双亲委派机制是指当一个类加载器收到类加载请求时，它首先将该请求委派给父类加载器去完成。只有在父类加载器无法加载该类的情况下，才由当前类加载器自己去加载。这样的机制形成了一种层级关系，从而保证了类的加载过程的一致性和安全性。

双亲委派机制的实现方式一般是通过递归的方式向上委派，直到顶层的类加载器，它的双亲为null。如果顶层的类加载器无法加载该类，那么再逐级向下进行加载。这样的机制保证了类加载的顺序和一致性，避免了类的重复加载和冲突。

简单来说，当一个类需要被加载时，首先会委派给父类加载器进行加载，如果父类加载器无法加载该类，才会由子类加载器来尝试加载。

3. 双亲委派机制的原理

双亲委派机制的原理可以用以下几个步骤来描述：

1. 当一个类需要被加载时，首先检查当前类是否已经被加载过了。如果已经加载，则直接返回已存在的类。
2. 如果当前类还没有被加载过，则委派给父类加载器进行加载。
3. 如果父类加载器无法加载该类，则依次委派给更上一层的父类加载器，直到达到顶层的启动类加载器。
4. 如果顶层的启动类加载器仍然无法加载该类，则会回到初始的类加载器，尝试使用当前加载器进行加载。
5. 如果所有的父类加载器都无法加载该类，则会抛出ClassNotFoundException。

通过这种层级的委派机制，保证了类的加载过程是一种自底向上的方式进行的。这种机制可以有效地防止类的重复加载，保证了类加载的安全性和一致性。

4. 双亲委派机制的实现方式

在Java中，双亲委派机制是通过ClassLoader类的继承关系来实现的。ClassLoader是一个抽象类，它定义了类加载器的行为规范。Java中的类加载器主要由以下几种类型：

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：它是Java虚拟机的一部分，它负责加载Java核心类库，如rt.jar等。
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：它负责加载Java扩展库，如ext目录中的jar包等。
• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：它负责加载应用程序的类，也称为系统类加载器。

每个ClassLoader都有一个父类加载器，可以通过getParent()方法获取。在类加载的过程中，会按照父子关系依次调用各个ClassLoader的loadClass()方法来进行加载。loadClass()，用于加载类。loadClass()方法首先委托父类加载器去加载类，如果父类加载器无法完成加载，再由当前类加载器尝试加载。下面是一个简单的示例代码，展示了双亲委派机制的实现方式：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        // 先委派给父类加载器加载类
        try {
            Class<?> clazz = super.loadClass(name, resolve);
            if (clazz != null) {
                return clazz;
            }
        } catch (ClassNotFoundException ignored) {
            // 如果父类加载器无法加载，再尝试由当前类加载器加载
            // 调用 findClass 方法加载类
            Class<?> clazz = findClass(name);
            if (resolve) {
                // 若需要解析，则调用 resolveClass 方法解析类
                resolveClass(clazz);
            }
            // 返回加载的类
            return clazz;
        }

        // 加载失败，抛出ClassNotFoundException
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }
}

上述代码中，我们自定义了一个MyClassLoader类，继承自ClassLoader。在重写的loadClass()方法中，我们首先调用了父类加载器的loadClass()方法去加载类。如果父类加载器无法加载，就会进入到异常处理块中，然后再由当前类加载器去加载。

5. 双亲委派机制的重要性

双亲委派机制在Java中具有重要的作用，主要体现在以下几个方面：

1. 避免类的重复加载：通过双亲委派机制，每个类只会被加载一次，避免了类的重复加载，提高了系统的性能。
2. 提高类的安全性：通过双亲委派机制，可以保证核心类库只能由启动类加载器来加载，防止恶意类的替换和攻击。
3. 保证类加载的一致性：通过双亲委派机制，类加载器之间形成了父子关系，保证了类的加载是一种有序的过程。

6. 查看父加载器示例代码

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取当前类的类加载器
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderDemo.class.getClassLoader();

        // 输出当前类加载器以及父类加载器
        while (classLoader != null) {
            System.out.println(classLoader);
            classLoader = classLoader.getParent();
        }
    }
}

输出

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d

7. 双亲委派机制的应用场景

双亲委派机制在Java中有着重要的应用场景，下面介绍几个常见的应用场景。

7.1 模块化管理

双亲委派机制可以用于模块化管理，通过不同的类加载器加载不同的模块，实现模块间的隔离。比如，在Java的Web容器中，每个Web应用程序都有一个独立的类加载器，它们互相隔离，避免了模块间的冲突。

7.2 安全性保证

双亲委派机制可以保证Java应用程序的安全性。由于类加载器可以掌握类的加载过程，可以在加载时做一些安全检查，比如检查类的来源是否可信、是否有权限加载等。这样可以防止恶意代码的注入和安全漏洞的利用。

7.3 类的版本管理

双亲委派机制可以用于类的版本管理，即当一个类被多个模块依赖时，使用同一个类加载器加载，保证所有模块使用的是同一版本的类。这样可以避免类的冲突和版本不一致的问题。

8. 总结

本文详细介绍了双亲委派机制的原理和实现方式，并探讨了其在Java中的重要性。双亲委派机制通过一种层次结构的方式来组织类加载器，保证了类的加载安全性和一致性。它在Java中发挥着重要的作用，避免了类的重复加载，提高了系统性能，同时保证了类加载的顺序和机制。

下一篇文章我们介绍如何打破双亲委派机制：https://refblogs.com/article/442