java中双亲委派详解

什么是双亲委派机制？

双亲委派机制（Parent Delegation Model）是Java类加载器（ClassLoader）加载类时的一种策略。它的核心思想是：当一个类加载器收到加载类的请求时，不会立即自己加载，而是先将请求委派给父类加载器处理。只有当父类加载器无法完成加载时，子类加载器才会尝试自己加载。

1. 双亲委派机制的核心思想

双亲委派机制的核心思想可以用一句话概括：“先让父类加载器尝试加载类，父类加载器无法完成时，才由子类加载器自己加载。”

这种机制是一种层次化的类加载模型，每个类加载器都有一个父类加载器（除了顶层的Bootstrap ClassLoader）。类加载器在加载类时，会按照以下步骤进行：

1. 委派：将加载请求委派给父类加载器。

2. 检查：父类加载器检查是否已经加载过该类。

3. 加载：如果父类加载器无法加载，子类加载器才会尝试加载。

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2. 类加载器的层次结构

Java中的类加载器是一个树形结构，分为以下几层：

（1）Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）

• 职责：加载JVM核心类库（如java.lang.*、java.util.*等），这些类库位于JAVA_HOME/lib目录下。

• 特点：

  • 由C++实现，是JVM的一部分。

  • 没有父类加载器（它是类加载器树的根节点）。

  • 无法在Java代码中直接获取（返回null）。

（2）Extension ClassLoader（扩展类加载器）

• 职责：加载JAVA_HOME/lib/ext目录下的类库，或者由java.ext.dirs系统属性指定的目录。

• 特点：

  • 由Java实现，对应的类是sun.misc.Launcher$ExtClassLoader。

  • 父类加载器是Bootstrap ClassLoader。

（3）Application ClassLoader（应用程序类加载器）

• 职责：加载用户类路径（ClassPath）上的类库。

• 特点：

  • 由Java实现，对应的类是sun.misc.Launcher$AppClassLoader。

  • 父类加载器是Extension ClassLoader。

  • 是默认的类加载器，负责加载用户编写的类。

（4）自定义类加载器

• 职责：用户可以通过继承ClassLoader类，实现自定义的类加载逻辑。

• 特点：

  • 父类加载器通常是Application ClassLoader。

  • 可以打破双亲委派机制，实现特定的类加载需求。

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3. 双亲委派的工作流程

当一个类加载器收到加载类的请求时，会按照以下步骤执行：

1. 检查是否已加载：

   • 类加载器首先检查自己是否已经加载过该类。如果已经加载，直接返回该类。

2. 委派给父类加载器：

   • 如果未加载，将加载请求委派给父类加载器。

   • 父类加载器重复同样的过程，继续向上委派，直到Bootstrap ClassLoader。

3. 父类加载器尝试加载：

   • 如果父类加载器能够加载该类，加载过程结束。

   • 如果父类加载器无法加载，子类加载器才会尝试自己加载。

4. 子类加载器尝试加载：

   • 如果子类加载器也无法加载，抛出ClassNotFoundException。

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4. 双亲委派的代码实现

双亲委派机制的实现主要在ClassLoader类的loadClass方法中。以下是简化版的源码分析：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// 1. 检查是否已经加载过该类Class<?> c = findLoadedClass(name);if (c == null) {try {// 2. 委派给父类加载器if (parent != null) {c = parent.loadClass(name, false);} else {// 如果父类加载器为null，说明是Bootstrap ClassLoaderc = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {// 父类加载器无法加载，忽略异常}// 3. 父类加载器无法加载时，自己尝试加载if (c == null) {c = findClass(name);}}// 4. 如果需要解析，解析该类if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}
}

关键点：

• findLoadedClass：检查是否已经加载过该类。

• parent.loadClass：委派给父类加载器。

• findClass：父类加载器无法加载时，自己尝试加载。

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5. 双亲委派的优点

（1）避免重复加载

• 由于类加载器会先委派给父类加载器，确保每个类只被加载一次，避免重复加载。

（2）安全性

• 防止用户自定义的类替换核心类库中的类（如java.lang.String），确保核心类库的安全性。

（3）一致性

• 保证同一个类在不同类加载器环境下的一致性。

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6. 双亲委派的缺点

（1）灵活性不足

• 在某些场景下，双亲委派机制可能不够灵活。例如：

  • 需要加载不同版本的类库。

  • 需要隔离不同模块的类加载环境。

（2）打破双亲委派

• 在某些特殊场景下，可能需要打破双亲委派机制。例如：

  • Tomcat：每个Web应用使用独立的类加载器，避免类冲突。

  • OSGi：动态模块化系统，支持模块化加载和卸载。

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7. 实际应用场景

（1）Tomcat的类加载器

• Tomcat为每个Web应用提供了一个独立的类加载器（WebAppClassLoader），打破了双亲委派机制。

• 这样做的目的是隔离不同Web应用的类加载环境，避免类冲突。

（2）OSGi框架

• OSGi是一个动态模块化系统，每个模块（Bundle）有独立的类加载器。

• OSGi通过复杂的类加载机制，支持模块的动态加载和卸载。

（3）SPI（Service Provider Interface）

• Java的SPI机制（如JDBC）打破了双亲委派机制。

• 例如，java.sql.Driver接口由Bootstrap ClassLoader加载，而具体的驱动实现（如com.mysql.cj.jdbc.Driver）由Application ClassLoader加载。

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8. 总结

双亲委派机制是Java类加载的核心机制，通过层次化的委派方式，确保类的加载安全、一致且高效。它的主要优点包括避免重复加载、保证安全性和一致性，但在某些场景下可能不够灵活，需要打破双亲委派机制。