【JVM从入门到实战】（六）类加载器的双亲委派机制

一、双亲委派机制

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。

双亲委派机制：自底向上查找是否加载过，再由顶向下进行加载

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。如果类加载的parent为null，则会提交给启动类加载器处理。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。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。

面试题：类的双亲委派机制是什么？
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

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

双亲委派机制的好处有两点：
1）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）避免类重复地被加载

Arthas中类加载器相关的功能：

类加载器的继承关系可以通过classloader –t 查看

如何打破双亲委派机制？

1. 打破双亲委派机制–自定义类加载器：tomcat

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。

Tomcat使用了自定义类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。

下面2图为双亲委派机制的核心方法

自定义类加载器的父类是AppClassLoader

两个自定义类加载器加载相同限定名的类，不会冲突吗？
不会冲突，在同一个Java虚拟机中，只有相同类加载器+相同的类限定名才会被认为是同一个类。

在Arthas中使用sc –d 类名的方式查看具体的情况

2. 打破双亲委派机制-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

JDBC案例：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。下图

DriverManager类位于rt.jar包中，由启动类加载器加载。用户jar包中的驱动如依赖中的mysql驱动对应的类，由应用程序类加载器来加载。这就违反了双亲委派机制。
但DriverManager如何知道jar包中要加载的驱动在哪儿？
这里的DriverManage使用SPI机制（service-provider-interface），最终加载jar包中对应的驱动类。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。

SPI机制：java菜鸟到大佬——全网最全SPI机制讲解 - 掘金
JDBC案例DriverManager管理用户类的加载的整体流程：

1. 启动类加载器加载DriverManager。
2. 在初始化DriverManager时，通过SPI机制加载jar包中的myql驱动。
3. SPI中利用了线程上下文类加载器（应用程序类加载器）去加载用户类并创建对象。
   这种由启动类加载器加载的类，委派应用程序类加载器去加载类的方式，打破了双亲委派机制。

3. 打破双亲委派机制-OSGi模块化

历史上Osgi框架实现了一套新的类加载器机制，它存在同级之间的类加载器的委托加载。OSGi还使用类加载器实现了热部署的功能。热部署指的是在服务不停止的情况下，动态地更新字节码文件到内存中。

案例：使用阿里arthas不停机解决线上问题

背景：
小李的团队将代码上线之后，发现存在一个小bug，但是用户急着使用，如果重新打包再发布需要一个多小时的时间，所以希望能使用arthas尽快的将这个问题修复

思路：

1. 在出问题的服务器上部署一个 arthas，并启动。
2. jad --source-only 类全限定名 > 目录/文件名.java
   jad 命令反编译，然后可以用其它编译器，比如 vim 来修改源码
3. mc –c 类加载器的hashcode 目录/文件名.java -d 输出目录
   mc 命令用来编译修改过的代码
4. retransform class文件所在目录/xxx.class
   用 retransform 命令加载新的字节码

注意事项：
1、程序重启之后，字节码文件会恢复，除非将class文件放入jar包中进行更新。
2、使用retransform不能添加方法或者字段，也不能更新正在执行中的方法。

JDK8之后的类加载器

由于JDK9引入了module的概念，类加载器在设计上发生了很多变化。
1. 启动类加载器使用Java编写，位于jdk.internal.loader.ClassLoaders类中
Java中的BootClassLoader继承自BuiltinClassLoader实现从模块中找到要加载的字节码资源文件。
启动类加载器依然无法通过java代码获取到，返回的仍然是null，保持了统一。
2. 扩展类加载器被替换成了平台类加载器（Platform Class Loader）
平台类加载器遵循模块化方式加载字节码文件，所以继承关系从URLClassLoader变成了BuiltinClassLoader，BuiltinClassLoader实现了从模块中加载字节码文件。平台类加载器的存在更多的是为了与老版本的设计方案兼容，自身没有特殊的逻辑。

小结

1. 类加载器的作用是什么？

类加载器（ClassLoader）负责在类加载过程中的字节码获取并加载到内存这一部分。通过加载字节码数据放入内存转换成byte[]，接下来调用虚拟机底层方法将byte[]转换成方法区和堆中的数据。

2. 有几种类加载器？

1. 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）加载核心类
2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）加载扩展类
3. 应用程序类加载器（Application ClassLoader）加载应用classpath中的类
4. 自定义类加载器，重写findClass方法。
   JDK9及之后扩展类加载器（Extension ClassLoader）变成了平台类加载器（Platform ClassLoader）
   

3. 什么是双亲委派机制？

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。自底向上查找是否加载过，再由顶向下进行加载。避免了核心类被应用程序重写并覆盖的问题，提升了安全性。

4. 怎么打破双亲委派机制？

1. 重写loadClass方法，不再实现双亲委派机制。
2. JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等框架使用了SPI机制+线程上下文类加载器。
3. OSGi实现了一整套类加载机制，允许同级类加载器之间互相调用。