【面试题精讲】JVM-双亲委派机制

使用 Arthas 查看加载器继承结构

1. 什么是双亲委派模型？

在 Java 虚拟机中，类加载器采用双亲委派模型。这个模型是指在类加载的时候，Java 虚拟机采用的是一种层次化的结构来向已经加载的类进行加载，并且将加载请求向父类委派，直到被加载的类能够被找到或者已经到达最顶层的启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）为止。

具体来说，双亲委派模型可以分为以下几层：

1. 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载 $JAVA_HOME/lib 目录下的核心 Java 类库，本身是由 C++ 实现的，并不是一个 Java 类，是所有其他加载器的父加载器；
2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载 $JAVA_HOME/lib/ext 目录下的扩展类库；
3. 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载应用程序路径（classpath）下或者其所引用的第三方库路径下的类库；
4. 自定义类加载器（Custom ClassLoader）：如果应用程序需要，可以通过继承 java.lang.ClassLoader 类实现自己的类加载器，从而实现一些非常复杂的场景需求。

2. 为什么需要双亲委派模型？

双亲委派模型可以保证 Java 类的加载安全，避免了类的重复加载。通过这个模型，能够在 Java 虚拟机中很好地解决类的版本、依赖等问题，当 Java 类需要被加载时，Java 虚拟机会先将请求委派给父类加载器，如果父类加载器不行，再将请求委派给自己去完成。

同时，双亲委派模型还可以保证 Java 类的完整性，确保所加载类来自可信的源，因为 Java 类加载器需要从上至下进行加载。

3. 双亲委派模型的实现原理

在双亲委派模型被引入之前，Java 类加载是通过单一的类加载器实现的。但是单一的类加载器存在很多问题，比如单一类加载器不知道如何处理依赖关系，容易重复加载等问题。因此，为了解决这些问题，并且提高类的加载安全性和效率，提出了双亲委派模型。

双亲委派模型的实现原理非常简单，当一个类需要被加载时，Java 虚拟机会按照如下的流程逐层向上查找：

1. 当前类加载器会先判断自己是否已经加载过这个类，如果加载过了，就直接返回这个类；
2. 如果当前类加载器自己没有加载过这个类，那么会调用父类加载器去加载，每一层父类加载器也会按照相同的流程去逐层向上查找，直到父类加载器中已经包含了这个类为止；
3. 如果到了最顶层的启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）还没有包含这个类，那么就由当前的类加载器去加载这个类。

有了双亲委派模型，Java 类加载已经变得简单有效，并且可以保证类的完整性和安全性，能够解决类的依赖和重复加载等问题。

4. 双亲委派模型的使用示例

下面是在 Java 中使用双亲委派模型的示例代码：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 判断当前加载的类是否已经被加载。如果已经被加载直接返回，如果没有则自己进行加载
        Class clazz = findLoadedClass(name);
        if (clazz != null) {
            return clazz;
        }
        // 将父类加载器加载的对象转化成MyClassLoader加载对象
        clazz = findClass(name);
        if (clazz != null) {
            return clazz;
        }
        // 如果没有内容且不是自己定义的类，则交由父类加载器进行加载
        return super.loadClass(name);
    }
}

在这段代码中，我们自定义了一个 MyClassLoader 类，继承自 Java 的 ClassLoader 类，重写了其中的 loadClass() 方法。在我们自定义的加载器中，首先会检查当前加载的类是否已经被加载，如果已经被加载就直接返回。如果还没有被加载，就会将父类加载器加载的对象转化成我们自己的加载对象，然后再进行对象的加载。最后，如果没有加载到我们需要的对象且不是我们自己定义的类，那么就将这个类交由父类的加载器去加载。

5. 双亲委派模型的优点

双亲委派模型的优点主要体现在以下几个方面：

1. 类的加载即将任务委派给父类加载器去完成，避免了重复加载，提高了类的加载效率；
2. 可以保证 Java 类的安全性和完整性，避免了类的替换和被篡改的可能性；
3. 解决了依赖关系，避免了不同类加载器之间的类依赖关系所带来的问题。

6. 双亲委派模型的缺点

双亲委派模型的缺点主要有以下几个方面：

1. 双亲委派模型并不适用于所有的场景，对于一些动态生成的类和第三方框架库，使用双亲委派模型可能会让这些类或者库加载失败；
2. 双亲委派模型在某些情况下可能会导致类的沙箱隔离失效，从而对系统安全性造成影响；
3. 双亲委派模型可能会导致一些类的重复加载问题。

7. 双亲委派模型的使用注意事项

使用双亲委派模型时需要注意以下事项：

1. 需要了解双亲委派模型的实现原理，以便在必要的时候进行调整；
2. 需要了解如何自定义自己的类加载器，并在必要的时候进行实现；
3. 对于一些需要动态生成类和第三方框架库，需要了解如何避免因为双亲委派模型导致的加载失败问题。

8. 总结

双亲委派模型是 Java 虚拟机中的一种类加载机制，可以保证 Java 类的安全性、完整性和高效性。通过双亲委派模型，Java 类加载机制可以避免重复加载类、解决类之间的依赖关系问题，提高了类的加载效率。双亲委派模型对类的加载做了很好的封装和管理，是 Java 体系机制中的一个非常优秀的设计。但是，对于一些动态生成类和第三方框架库，使用双亲委派模型可能会遇到一些问题，需要在必要的时候进行特殊处理。

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