JVM—【03】认识Java类的生命周期、类加载的过程、双亲委派机制

时间  2019-11-08
标签 jvm 认识 java 生命周期 加载 过程 双亲 委派 机制 栏目 Java 繁體版
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1. 初识类加载

  • JVM把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终造成能够被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。java

  • 在Java语言中，类型的加载、链接和初始化过程都是在程序运行期间完成的。程序员

    这种策略在类加载时稍微会增长一些性能开销，可是提升了Java应用程序的灵活性。数据库

    Java天生能够动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和动态链接这个特色实现的。数组

2. 类的生命周期

JVM 类的声明周期

  • 类从加载到虚拟机内存开始到卸载出内存为止的生命周期包括7个阶段：缓存

    加载、验证、准备、初始化和卸载这5个顺序是固定的，类加载过程必须按照这种顺序循序渐进地开始。安全

    解析阶段在某些状况下能够在初始化阶段以后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定。bash

    这些阶段一般都是相互交叉地混合式进行的，一般会在一个阶段执行的过程当中调用、激活另外一个阶段。网络

  • 有且只有5种必须进行类初始化的状况（主动引用）：数据结构

    遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4个字节码指令时，最多见的Java代码是场景是：使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候、调用一个类的静态方法的时候.多线程

    使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，若是类没有进行过初始化，则须要触发其初始化。

    当初始化一个类的时候，若是其父类尚未进行过初始化，则须要先触发其父类的初始化。

    当虚拟机启动时，用户须要指定一个要执行的主类，虚拟机会先初始化这个主类（包含main方法的类）

    当使用jdk的动态语言支持时，若是一个java.lang.invoke.Methodhandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，而且这个方法句柄所对应的类没有进行初始化，则须要先进行初始化。

  • 被动引用：

    经过子类引用父类的静态字段，不会致使子类初始化。对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，所以经过其子类类引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。至因而否要触发子类的加载和验证，在JVM规范中并无明确规定，这点取决于虚拟机的具体实现.示例代码以下：

    package io.ilss.main;

/** * @author yiren * @date 2019-08-20 **/
public class SuperClass {
    static {
        System.out.println("SuperClass init!");
    }

    public static int value = 123;

}


package io.ilss.main;

/** * @author yiren * @date 2019-08-20 **/
public class SubClass extends SuperClass {
    static {
        System.out.println("SubClass init!");
    }
}

package io.ilss.main;

/** * @author yiren * @date 2019-08-20 **/
public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) { 
        System.out.println(SubClass.value);
    }
}

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    经过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。而是触发这个数组元素类对应的数组类的初始化。如一个io.ilss.Demo类则对应[io.ilss.Demo的一个类，对于用户代码来讲这不是一个合法的类名称，它是由虚拟机自动生成的、直接继承与java.lang.Object的子类，建立动做由字节码指令newarray触发。[io.ilss.Demo这个类表明了io.ilss.Demo对应的一位数组，数组中应有的属性和方法都实如今这个类中，Java的数组访问相对于C/C++来讲更安全，由于这个类封装了数组元素的访问（封装在了数组访问指令xaload、xastore中）。

    package io.ilss.main;

/** * @author yiren * @date 2019-08-20 **/
public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) {
        SuperClass[] superClasses = new SuperClass[10];
    }
}

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    常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并无直接引用到定义常量的类，所以不会触发定义常量类的初始化。这里有个须要说明的地方，若是是在本类如第一处使用调用，是会加载ConstClass这个类的，这里说的是在非本类的中调用这个常量不会初始化ConstClass，这是由于Java在编译阶段经过常量传播优化，已经将hello world的值存到了NotInitialization类的常量池中，NotInitialization对“常量HELLO_WORLD的引用”都变成了对自身常量池的引用，实际上NotInitialization中不会有任何ConstClass类的符号引用，这两个类在编译成Class以后就不存在任何联系了。

    package io.ilss.main;

/** * @author yiren * @date 2019-08-20 **/
public class ConstClass {
    static {
        System.out.println("ConstClass init");
    }

    public static final String HELLO_WORLD = "hello world";
    
    public static void main(String[] args) { // 1
        System.out.println(HELLO_WORLD);
    }
}


package io.ilss.main;

import static io.ilss.main.ConstClass.HELLO_WORLD;

/** * @author yiren * @date 2019-08-20 **/
public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) { // 2
        System.out.println(HELLO_WORLD);
    }
}
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    接口和类的加载略有不一样，接口也有初始化过程，接口中没有static{}代码块，可是编译器仍会为接口生成<clinit>()类构造器，用于初始化接口中定义的成员变量。接口与类真正的区别的是有且仅有的类初始化场景的第三种：当一个类在初始化时，要求其父类所有都已初始化过了，可是在接口中，并不会要求其父接口所有都完成了初始化，只有在真正使用到父接口的时候才会初始化（如去引用接口中定义的常量）

3. 类的加载过程

  • 类的加载全过程：加载、验证、准备、解析和初始化

3.1. 加载

  • 加载阶段JVM须要完成如下三件事情：

    经过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。

    将这个字节流所表明的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。

    在内存中生成一个表明这个类的java.lang.Class对象，做为方法区这个类的各类数据的访问入口。

  • 经过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流，并无指明要从哪里获取、怎样获取。能够从：

    zip包中读取，这很常见，最终变成了如今的：JAR、EAR、WAR格式基础

    从网络中获取，之前有个叫Applet（已过期）就是这样作的

    运行时计算生成，见得最多的就是动态代理技术，在java.lang.reflect.Proxy中，就是用了ProxyGenerator.generateProxyClass来为特定的接口生成形式为"*$Proxy"的代理类的二进制字节流。

    由其余文件生成：如JSP应用，由JSP生成对应的Class类

    从数据库中获取，这种场景相对少。

  • 加载阶段中获取类的二进制字节流的动做是开发人员可控性最强的，加载阶段既可使用系统提供的引导类加载器来完成，也能够由用户自定义的类加载器去控制字节流的获取方式。（即重写一个类加载器的loadClass()方法）

  • 对于数组，有不一样，数组类自己不经过类加载器建立，他是由Java虚拟机直接建立的。可是数组类与类加载器仍然关系密切，由于数组的元素类型是由类加载器去建立，一个数组类建立过程遵循如下规则：

    若是数组的组件类型（Component Tyep, 指的是数组中去掉一个维度的类型）是引用类型，那就递归采用本节中定义的类加载过程去加载这个组件类型，数组将在加载该组件类型的类加载器的类名称空间上被标识。

    若是数组的组件类型不是引用类型（如int[]）JVM将会把数组标记为与引导类加载器关联

    数组类的可见性与它的组件类型的可见性一致，若是组件类型不是引导类型，那数组类的可见性默认为public。

  • 加载阶段完成后，虚拟机外部的二进制流就按照虚拟机所需的格式存储在方法中，方法区中的数据存储格式由虚拟机实现自行定义，虚拟机规范未规定此区域的具体数据结构。而后在内存中实例化一个java.lang.Class类的对象，这个对象将做为程序访问方法区中的这些类型数据的外部接口。

    对于HotSpot而言，Class对象比较特殊，它虽然是对象，可是存在了方法区中。

  • 加载阶段与链接阶段是交叉进行的，加载阶段未完成可能链接阶段已经开始了，可是这两个阶段的前后顺序是固定的。

3.2. 验证

  • 验证阶段大体上会完成4个阶段的检验动做：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

  • 文件格式验证： 主要目的是保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区以内，格式上符合描述一个Java类型信息的要求。这个阶段的验证是基于二进制字节流进行的，只有经过了额这个阶段的验证后，字节流才会进入到内存的方法区中进行存储，后面的3个验证阶段所有是基于方法区的存储结构进行的，不会再直接操做字节流。

    是否以魔数0xCAFEBABE开头

    主次版本号是否在当前虚拟机处理范围以内

    常量池的常量中是否有不被支持的常量类型（检查异常tag标志）

    指向常量的各类索引值是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量

    CONSTANT_Utf8_info型的常量中是否有不符合UTF8编码的数据

    Class文件中各个部分及文件自己是否有被删除的或附加的其余信息。

    .....

  • 元数据验证: 对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；主要目的是堆类的元数据信息进行语义校验，保证不存在不符合Java语言规范的元数据信息。

    这个类是否有父类（除java.lang.Object以外全部类都应当有父类）

    这个类的父类是否继承了不容许被继承的类（被final修饰）

    若是这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口之中要求实现的全部方法

    类的字段、方法是否与父类产生矛盾（如：覆盖了父类的final字段，或者出现不符合规则的方法重载，例如方法参数都一致，但返回值类型却不一样等）

    ......

  • 字节码校验: 经过数据流和控制流分析，肯定程序语义是合法的、符合逻辑的。这个阶段对类的方法体进行校验分析，保证被叫眼泪的方法在运行时不会作出危害虚拟机安全的时间

    保证任意时刻操做数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工做，例如不会出现相似这样的状况：在操做栈放了一个int类型的数据，使用时却按long类型来加载入本地变量表中，

    确保跳转指令不会跳转到方法体之外的字节码指令上。

    保证方法体中的类型转换是有效的。如：子类转父类是安全的，可是把父类赋给子类，甚至是把对象赋给把毫无继承关系的、绝不相干的数据类型，则是危险和不合法的。

  • 符号引用验证: 这个校验发生在符号引用转换成直接引用的时候，在链接的第三个阶段解析中发生。能够看作是堆类自身之外的信息进行匹配性校验。须要校验如下内容：

    符号引用中拖过字符串描述的全限定名是否能找到对应类

    在指定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段。

    符号引用中的类、字段、方法的访问性（private、protected、public、default）是否能够被当前类访问。

    ......

    符号引用的目的是确保解析动做能正常执行，若是没法经过符号引用验证，
就会抛出java.lang.IncompatiableClassChangeError异常的子类，
如：IllegalAccessError、NoSuchFieldError、NoSuchMethodError
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3.3. 准备

  • 正式为类变量分配内存以及设置类变量(不是实例变量)初始值的阶段，这些变量所用到的内存都将分配在方法区。初始值一般状况下是该类型的零值

    public static int value = 123;

    这里的初始值并非值123，而是值int的默认值0，而把value赋值123的putstatic指令，是须要在类构造器<clinit>()方法中，因此赋值会在初始化阶段才会执行。

  • 一般状况以外的特殊状况: 若是类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那么在准备阶段value就会被初始化为ConstantValue如：

    public static final int value = 123; 注意final

    上面的代码，编译时javac会将value生成ConstantValue属性，在准备阶段就会根据ConstantValue的设置将value设置成123.

3.4. 解析

  • 解析阶段是JVM将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程；符号引用在Class文件中以CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等类型的常量出现。

    符号引用（Symbolic References）: 符号引用以一组符号来描述所描述引用的目标，符号能够是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标便可。符号引用与内存布局无关，引用的目标不必定加载到内存中。符号引用的字面量形式明肯定义在JVM规范的Class文件格式中。

    直接引用（Direct Reference）: 直接引用能够是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是和JVM内存布局相关的，同一个符号引用在不一样JVM中翻译出来的直接引用通常会不一样。若是有了直接引用，那引用的目标一定已经在内存中存在。

  • JVM规范没有规定解析阶段发生的时间，只要求在执行16个操做符号引用的字节码以前，先对他们所使用的符号引用进行解析。因此JVM能够根据须要选择是在类被类加载器加载时仍是符号引用要被使用的时去解析。

  • 对同一个符号引用屡次解析是很常见的事情，除invokedynamic外，续集你能够对第一次解析的结果进行缓存从而避免重复解析。

    在运行时常量池中记录直接引用，并把常量标识为已解析状态。

  • JVM须要保证在同一个实体中，一个符号引用以前已经被成功解析后，后续的引用解析请求就应当一直成功；一样的若是第一次解析失败，那么其余指令对这个符号的解析请求也应当收到相同的异常。

  • 对于invokedynamic上面规则不成立。

  • 解析动做主要针对：类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄、调用点限定符 7类 符号引用进行。

    1. 类或接口的解析

    假设当前代码所处的类为D，若是要把一个从未解析过的符号引用N解析为一个类或接口C的直接引用，那虚拟机完成整个解析的过程须要如下3个步骤：

    1. 若是C是非数组类型，那虚拟机将会把表明N的全限定名传递给D的类加载器去加载这个类C。在加载过程当中，因为元数据验证、字节码验证的须要，又可能触发其余相关类的加载动做，例如加载这个类的父类或实现的接口。一旦这个加载过程出现了任何异常，解析过程就宣告失败。
    1. 若是C是一个数组类型，而且数组的元素类型为对象，也就是N的描述符会是相似[Ljava/lang/Integer的形式，那将会按照第1点的规则加载数组元素类型。若是N的描述符如前面所假设的形式，须要加载的元素类型就是“java.lang.Integer”，接着由虚拟机生成一个表明此数组维度和元素的数组对象。
    1. 若是上面的步骤没有出现任何异常，那么C在虚拟机中实际上已经成为一个有效的类或接口了，但在解析完成以前还要进行符号引用验证，确认D是否具有对C的访问权限。若是发现不具有访问权限，将抛出java.lang.IllegalAccessError异常。
    1. 字段解析

    解析一个未被解析过的字段符号引用，首先会对字段表内class_index项中索引的CONSTANT_Class_info符号引用进行解析，也就是字段所属的类或接口的符号引用。若是在解析过程当中出现了任何异常，都会致使字段符号引用解析的失败。若是解析成功完成，那将这个字段所属的类或接口用C表示，JVM规范要求按照以下步骤对C进行后续字段的搜索。

    1. 若是C自己就包含简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结束。
    2. 不然，若是在C中实现了接口，将会按照继承关系从下往上递归搜索各个接口和它的父接口，若是接口中包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结束。
    3. 不然，若是C不是java.lang.Object的话，将会按照继承关系从下往上递归搜索其父类，若是在父类中包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结束。
    4. 不然，查找失败，抛出java.lang.NoSuchFieldError异常。

    若是查找过程成功返回了引用，将会对这个字段进行权限验证，若是发现不具有对字段的访问权限，将抛出java.lang.Ille-galAccessError异常。

    1. 类方法解析

    先解析出类方法表的class_index项中索引的方法所属的类或接口的符号引用，若是解析成功，用C表示这个类，接下来JVM将会按照以下步骤进行后续的类方法搜索。

    1. 类方法和接口方法符号引用的常量类型定义是分开的，若是在类方法表中发现class_index中索引的C是个接口，那就直接抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError异常。
    2. 若是经过了第1步，在类C中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，若是有则返回这个方法的直接引用，查找结束。
    3. 不然，在类C的父类中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，若是有则返回这个方法的直接引用，查找结束。
    4. 不然，在类C实现的接口列表及它们的父接口之中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，若是存在匹配的方法，说明类C是一个抽象类，这时查找结束，抛出java.lang.AbstractMethodError异常。
    5. 不然，宣告方法查找失败，抛出java.lang.NoSuchMethodError。

    最后，若是查找过程成功返回了直接引用，将会对这个方法进行权限验证，若是发现不具有对此方法的访问权限，将抛出java.lang.IllegalAccessError异常。

    1. 接口方法解析

    接口方法也须要先解析出接口方法表的class_index项中索引的方法所属的类或接口的符号引用，若是解析成功，依然用C表示这个接口，接下来虚拟机将会按照以下步骤进行后续的接口方法搜索。

    1. 与类方法解析不一样，若是在接口方法表中发现class_index中的索引C是个类而不是接口，那就直接抛出java.lang.Incom-patibleClassChangeError异常。
    2. 不然，在接口C中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，若是有则返回这个方法的直接引用，查找结束。
    3. 不然，在接口C的父接口中递归查找，直到java.lang.Object类（查找范围会包括Object类）为止，看是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，若是有则返回这个方法的直接引用，查找结束。
    4. 不然，宣告方法查找失败，抛出java.lang.NoSuchMethodError异常。

    在接口中，全部方法默认就是public因此不存在访问权限问题，所以接口方法的符号解析应当不会抛出java.lang.IllegalAccessError

3.5. 初始化

  • 类初始化阶段是类加载过程的最后一步，前面的，除了在加载阶段用户应用程序能够经过自定义类加载器参与以外，其他动做彻底由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段才真正开始执行类中定义的Java代码或者说字节码。

  • 在准备阶段，变量已经赋过一次系统要求的初始值，而在初始化阶段，则根据程序员经过程序定制的主观计划去初始化类变量和其余资源，或者能够从另一个角度来表达：初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法执行过程当中一些可能会影响程序运行行为的特色和细节。

    ＜clinit＞()方法是由编译器自动收集类中的全部类变量的赋值动做和静态语句块（static{}块）中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块以前的变量，定义在它以后的变量，在前面的静态语句块能够赋值，可是不能访问

    public class Test{
    static {
        i = 0;
        System.out.print(i)
    }
    static int i = 1;
}
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    ＜clinit＞()方法与类的构造函数（或者说实例构造器＜clinit＞()方法）不一样，它不须要显式地调用父类构造器，虚拟机会保证在子类的＜clinit＞()方法执行以前，父类的＜clinit＞()方法已经执行完毕。所以在虚拟机中第一个被执行的＜clinit＞()方法的类确定是java.lang.Object。

    因为父类的＜clinit＞()方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操做

    static class Parent {
    public static int a = 1;
    static {
        a= 2;
    }
}

static class Sub extends Parent {
    public static int b = a;
}


public static void main(Strintg[] args) {
    System.out.println(Sub.b) // 结果为2
}
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    ＜clinit＞()方法对于类或接口来讲并非必需的，若是一个类中没有静态语句块，也没有对变量的赋值操做，那么编译器能够不为这个类生成＜clinit＞()方法

    接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操做，所以接口与类同样都会生成＜clinit＞()方法。但接口与类不一样的是，执行接口的＜clinit＞()方法不须要先执行父接口的＜clinit＞()方法。只有当父接口中定义的变量使用时，父接口才会初始化。另外，接口的实现类在初始化时也同样不会执行接口的＜clinit＞()方法

    虚拟机会保证一个类的＜clinit＞()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，若是多个线程同时去初始化类，只会有一个线程去执行这个类的＜clinit＞()方法，其余线程都须要阻塞等待，直到活动线程执行＜clinit＞()方法完毕。若是在一个类的＜clinit＞()方法中有耗时很长的操做，就可能形成多个进程阻塞。(须要注意的是，其余线程虽然会被阻塞，但若是执行＜clinit＞()方法的那条线程退出＜clinit＞()方法后，其余线程唤醒以后不会再次进入＜clinit＞()方法。同一个类加载器下，一个类型只会初始化一次)

    static class DeadLoopClass {
    static {
        // 若是不加上这个if语句，编译器将提示“Initializer does not complete normally”并拒绝编译
    if (true) {
            System.out.println(Thread.currentThread() + "init DeadLoopClass");
            while (true) {
            }
        }
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Runnable script = () -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + "start");
            DeadLoopClass dlc = new DeadLoopClass();
            System.out.println(Thread.currentThread() + " run over");
        };

    Thread thread1 = new Thread(script);
    Thread thread2 = new Thread(script);
    thread1.start();
    thread2.start();
}
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    Thread[Thread-0,5,main]start
Thread[Thread-1,5,main]start
Thread[Thread-0,5,main]init DeadLoopClass
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4. 类加载器

  • “经过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动做放到Java虚拟机外部去实现，以便让程序本身决定如何获取所需的类。实现这个动做的代码模块称为“类加载器”。
  • 类加载器在类层次划分、OSGi、热部署、代码加密等领域大放异彩，成为了java体系中的一块重要的基石。

4.1 类与类加载器

  • 对于任意一个类，都须要由它的类加载器和这个类自己一同确立其在Java虚拟机中的惟一性，每个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间，
  • 比较两个类是否“相等”，是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，不然即便两个类是同一个class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载他们的类加载器不同，那这两个类就一定不相等。

    这里的相等，包括表明类的Class对象的equals、isAssignableFrom、isInstance方法返回的结果。也包括instanceof作的所属关系断定状况。

4.2. 双亲委派模型

  • 从JVM的角度来说，只存在两种不一样的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言(HotSpot)实现，是虚拟机自身的一部分。另一种就是其余的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，而且都继承自抽象java.lang.ClassLoader。

  • 从Java开发人员的角度来看，绝大部分Java程序都会使用如下3种系统提供的类加载器。

    1. 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这个类加载器负责将存放在<JAVA_HOME>\lib目录中，而且是虚拟机识别的（名字不符合的类库即便放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器没法被Java程序直接引用，用户编写自定义类加载器时，须要把加载请求委派给引导类加载器，那就直接使用null代替便可。
    2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，他负责加载**<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的类库**，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的全部类库，开发者能够直接使用扩展类加载器。
    3. 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。因为这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，因此通常也称他为系统类加载器。他负责加载用户类路径上所指定的类库，开发者能够直接使用这个类加载器，若是应用程序中没有自定义本身的类加载器，通常状况下这个就是程序中的默认类加载器。

  • 双亲委派模型(Parents Delegation Model)：双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其他的类加载器都应当有本身的父类加载器。

  • 双亲委派模型的工做过程是：

    1. 若是一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会本身去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成。
    2. 每个层次的类加载器都是如此。所以，全部的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中。
    3. 只有当父加载器反馈本身没法完成这个加载请求时（搜索范围中没有找到所需的类），子加载器才会尝试本身去加载。

    类加载 - 双亲委派模型

  • 使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，好处就是Java类随着它的类加载器一块儿具有了一种带有优先级的层次关系。

    如类java.lang.Object，它存放在rt.jar之中，不管哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，所以Object类在程序的各类类加载器环境中都是同一个类。相反，若是没有使用双亲委派模型，由各个类加载器自行去加载的话，若是用户本身编写一个称谓java.lang.Object的类，并放在程序的ClassPath中，那系统中将会出现多个不一样的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就没法保证，应用程序也将会变得一片混乱。

    双亲委派的实现代码：

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先，检查类是否已经加载
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // 若是没有从非空父类加载器中找到类，
                    // 则抛出ClassNotFoundException
                }

                if (c == null) {
                    // 若是仍然没有找到该类，那么调用findClass来找到该类。
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);

                    // 这是定义类装入器;记录数据
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }
复制代码

4.3. 破坏双亲委派

  • 双亲委托模型并非一个强制性的约束，而是Java设计者推荐给开发者的类加载器实现方式。在Java的世界中大部分的类加载器都遵循这个模型，但也有例外，双亲委派模型主要出现过3个较大规模的“被破坏”的状况。

  • 因为双亲委派模型在JDK 1.2以后才被引入，为了向前兼容，JDK 1.2以后的java.lang.ClassLoader添加了一个新的protected方法findClass()，在此以前，用户去继承java.lang.ClassLoader的惟一目的就是为了重写loadClass()方法，由于虚拟机在进行类加载的时候会调用加载器的私有方法loadClassInternal()，而这个方法的惟一逻辑就是去调用本身的loadClass()。

    JDK 1.2以后已不提倡用户再去覆盖loadClass()方法，而应当把本身的类加载逻辑写到findClass()方法中，在loadClass()方法的逻辑里若是父类加载失败，则会调用本身的findClass()方法来完成加载，这样就能够保证新写出来的类加载器是符合双亲委派规则的。

  • 双亲委派很好的解决各个类加载器的基础类的统一问题（越基础的类由越上层的加载器进行加载），基础类之因此称为“基础”，是由于他们老是做为被用户代码调用的API，但事实每每没有绝对的完美，若是基础类又要调用回用户的代码该怎么解决。

    一个典型的例子即是JNDI服务，JNDI如今已是Java的标准服务，他的代码由启动类加载器去加载（在JDK1.3时放进去的rt.jar），但JNDI的目的就是对资源进行集中管理和查找，他须要调用由独立厂商实现并部署在应用程序的ClassPath下的JNDI接口提供者(SPI，Service Provider Interface)的代码，

    为了解决这个问题，Java设计团队引入了个不太优雅的设计：线程上下文类加载器(Thread Context ClassLoader)。这个类加载器能够经过java.lang.Thread类的setContextClassLoaser()方法进行设置，若是建立线程时还未设置，他将会从父线程中继承一个，若是在应用程序的全局范围内都没有设置过的话，那这个类加载器默认就是应用程序类加载器。

    有了线程上下文类加载器，就能够作一些“舞弊”的事情了，JNDI服务使用这个线程上下文类加载器去加载所须要的SPI代码，也就是父类加载器请求子类加载器去完成类加载的动做，这汇总行为实际上就是打通了双亲委派模型的层次结构来逆向使用类加载器，实际上已经违背了双亲委派模型的通常性原则，但这也是迫不得已的事情。Java中全部涉及SPI的加载动做基本上都采用这种方式，例如JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等。

  • 第三次“被破坏”是因为用户对程序动态性的追求而致使的，“动态性”指的是:代码热替换（HotSwap）、模块热部署（HotDeployment）等，但对于一些生产系统来讲，关机重启一次可能就要被列为生产事故，这种状况下热部署就对软件开发者，尤为是企业级软件开发者具备很大的吸引力。

    Sun公司所提出的JSR-29四、JSR-277规范在与JCP组织的模块化规范之争中落败给JSR-291（即OSGI R4.2），目前OSGi已经称为了业界“事实上”的Java模块话标准，而OSGi实现模块化热部署的关键则是他自定义的类加载器机制的实现。每个程序模板（OSGi中称为Bundle）都有一个本身的类加载器，当须要更换一个Bundle时，就把Bundle连同类加载器一块儿换掉以实现代码的热替换。

    在OSGi环境下，类加载器再也不是双亲委派模型中的树状结构，而是进一步发展为更加复杂的网状结构，当收到类加载请求时，OSGi将按照下面的顺序进行类搜索：

    1. 将以java.*开头的类委派给父类加载器加载。
    2. 不然，将委派列表名单内的类委派给父类加载器加载。
    3. 不然，将Import列表中的类委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载。
    4. 不然，查找当前Bundle的ClassPath，使用本身的类加载器加载。
    5. 不然，查找类是否在本身的Fragment Bundle中，若是在，则委派给Fragment Bundle的类加载器加载。
    6. 不然，查找Dynamic Import列表的Bundle，委派给对应Bundle的类加载器加载。
    7. 不然，类查找失败。

关于我

  • 坐标杭州，普通本科在读，计算机科学与技术专业，20年毕业，目前处于实习阶段。
  • 主要作Java开发，会写点Golang、Shell。对微服务、大数据比较感兴趣，预备作这个方向。
  • 目前处于菜鸟阶段，各位大佬轻喷，小弟正在疯狂学习。
  • 欢迎你们和我交流鸭！！！
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