JVM3-双亲委派机制

目录

概述

作用

如何指定加载类的类加载器？

面试题

打破双亲委派机制

自定义类加载器

线程上下文类加载器

Osgi框架的类加载器

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概述

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：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

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

向上查找如果已经加载过，就直接返回Class对象，加载过程结束，这样就能避免一个类重复加载

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，看上去是自顶向下尝试加载

向下委派加载起到了一个加载优先级的作用

父类加载器的小细节：

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

应用程序类加载器的parent父类加载器是扩展类加载器

扩展类加载器的parent是空，但是在代码逻辑上，扩展类加载器依然会把启动类加载器当成父类加载器处理

启动类加载器使用C++编写，没有父类加载器

类加载器的父子关系可以通过 classloader -t 查看

作用

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

如何指定加载类的类加载器？

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

例如：

面试题

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

2.String类能覆盖吗，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

3.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：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

打破双亲委派机制

打破双亲委派机制历史上有三种方式，但本质上只有第一种算是真正的打破了双亲委派机制：

• 自定义类加载器并且重写loadClass方法。Tomcat通过这种方式实现应用之间类隔离，《面试篇》中分享它的做法
• 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器机制，允许同级之间委托进行类的加载，目前很少使用

自定义类加载器

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

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

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：

public Class<?> loadClass(String name)
类加载的入口，提供了双亲委派机制。内部会调用findClass   重要protected Class<?> findClass(String name)
由类加载器子类实现,获取二进制数据调用defineClass ，比如URLClassLoader会根据文件路径去获取类文件中的二进制数据。重要protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)
做一些类名的校验，然后调用虚拟机底层的方法将字节码信息加载到虚拟机内存中protected final void resolveClass(Class<?> c)
执行类生命周期中的连接阶段

实现打破双亲委派机制：

import org.apache.commons.io.IOUtils;import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.ProtectionDomain;
import java.util.regex.Matcher;/*** 打破双亲委派机制 - 自定义类加载器*/public class BreakClassLoader1 extends ClassLoader {private String basePath;private final static String FILE_EXT = ".class";//设置加载目录public void setBasePath(String basePath) {this.basePath = basePath;}//使用commons io 从指定目录下加载文件private byte[] loadClassData(String name)  {try {String tempName = name.replaceAll("\\.", Matcher.quoteReplacement(File.separator));FileInputStream fis = new FileInputStream(basePath + tempName + FILE_EXT);try {return IOUtils.toByteArray(fis);} finally {IOUtils.closeQuietly(fis);}} catch (Exception e) {System.out.println("自定义类加载器加载失败，错误原因：" + e.getMessage());return null;}}//重写loadClass方法@Overridepublic Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {//如果是java包下，还是走双亲委派机制if(name.startsWith("java.")){return super.loadClass(name);}//从磁盘中指定目录下加载byte[] data = loadClassData(name);//调用虚拟机底层方法，方法区和堆区创建对象return defineClass(name, data, 0, data.length);}public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException {//第一个自定义类加载器对象BreakClassLoader1 classLoader1 = new BreakClassLoader1();classLoader1.setBasePath("D:\\lib\\");Class<?> clazz1 = classLoader1.loadClass("com.itheima.my.A");//第二个自定义类加载器对象BreakClassLoader1 classLoader2 = new BreakClassLoader1();classLoader2.setBasePath("D:\\lib\\");Class<?> clazz2 = classLoader2.loadClass("com.itheima.my.A");System.out.println(clazz1 == clazz2);Thread.currentThread().setContextClassLoader(classLoader1);System.out.println(Thread.currentThread().getContextClassLoader());System.in.read();}
}

问题1：自定义类加载器父类怎么是AppClassLoader呢？

默认情况下自定义类加载器的父类加载器是应用程序类加载器：

以JDK8为例，ClassLoader类中提供了构造方法设置parent的内容：

这个构造方法由另外一个构造方法调用，其中父类加载器由getSystemClassLoader方法设置，该方法返回的是AppClassLoader

问题2：两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

 public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException {//第一个自定义类加载器对象BreakClassLoader1 classLoader1 = new BreakClassLoader1();classLoader1.setBasePath("D:\\lib\\");Class<?> clazz1 = classLoader1.loadClass("com.itheima.my.A");//第二个自定义类加载器对象BreakClassLoader1 classLoader2 = new BreakClassLoader1();classLoader2.setBasePath("D:\\lib\\");Class<?> clazz2 = classLoader2.loadClass("com.itheima.my.A");System.out.println(clazz1 == clazz2);
}

打印的是false，因为两个类加载器不同，尽管加载的是同一个类名，最终Class对象也不是相同的

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

import com.mysql.cj.jdbc.Driver;import java.sql.*;/*** 打破双亲委派机制 - JDBC案例*/public class JDBCExample {// JDBC driver name and database URLstatic final String JDBC_DRIVER = "com.mysql.cj.jdbc.Driver";static final String DB_URL = "jdbc:mysql:///bank1";//  Database credentialsstatic final String USER = "root";static final String PASS = "123456";public static void main(String[] args) {Connection conn = null;Statement stmt = null;try {conn = DriverManager.getConnection(DB_URL, USER, PASS);stmt = conn.createStatement();String sql;sql = "SELECT id, account_name FROM account_info";ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);//STEP 4: Extract data from result setwhile (rs.next()) {//Retrieve by column nameint id = rs.getInt("id");String name = rs.getString("account_name");//Display valuesSystem.out.print("ID: " + id);System.out.print(", Name: " + name + "\n");}//STEP 5: Clean-up environmentrs.close();stmt.close();conn.close();} catch (SQLException se) {//Handle errors for JDBCse.printStackTrace();} catch (Exception e) {//Handle errors for Class.forNamee.printStackTrace();} finally {//finally block used to close resourcestry {if (stmt != null)stmt.close();} catch (SQLException se2) {}// nothing we can dotry {if (conn != null)conn.close();} catch (SQLException se) {se.printStackTrace();}//end finally try}//end try}//end main
}//end FirstExample

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 

DriverManager怎么知道jar包中要加载的驱动在哪儿？

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-INF/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

总结：

JDBC案例中真的打破了双亲委派机制吗？

分别从DriverManager以及驱动类的加载流程上分析，JDBC只是在DriverManager加载完之后，通过初始化阶段触发了驱动类的加载，类的加载依然遵循双亲委派机制；

所以没有打破双亲委派机制，只是用一种巧妙的方法让启动类加载器加载的类，去引发的其他类的加载

Osgi框架的类加载器

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，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

（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）