JVM工作原理与实战(十一)：双亲委派机制

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前言

一、双亲委派机制

前言

JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了双亲委派机制、父类加载器、双亲委派机制的主要作用、双亲委派机制常见问题等内容。

一、双亲委派机制

Java虚拟机中有多个类加载器，双亲委派机制（Parent Delegation Mechanism）是Java类加载器（ClassLoader）中的一个核心特性，它主要解决了类加载过程中类由谁来加载的问题。

1.双亲委派机制详解

双亲委派机制的核心思想是：当一个类加载器接收到加载类的请求时，它首先不会自己去尝试加载，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）中去，只有当父类加载器无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

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。

在类加载过程中，类加载器首先会检查是否已加载指定类。如果已加载，则直接返回对应的Class对象，否则会将加载请求委派给父类加载器。这种自底向上的查找过程称为"向上查找 "，而自顶向下的加载过程则称为"向下委派"。

双亲委派机制作为一种严谨的类加载机制，确保了类的一致性和准确性，避免了类的重复加载。当所有父类加载器无法找到所需的类时，当前类加载器将承担起加载的责任，这看似是从顶向下的加载尝试。值得注意的是，向下委派加载不仅是一种责任转嫁，更体现了类加载的优先级。

2.父类加载器

在Java中，每个类加载器都有一个父类加载器（Parent ClassLoader），并不是继承关系，可以理解为它的上级。

在Java类加载器的体系中，应用程序类加载器（Application ClassLoader）的父类加载器是扩展类加载器（Extension ClassLoader）。而扩展类加载器的父类加载器并未明确定义，但在实际的代码逻辑中，扩展类加载器会将启动类加载器（Bootstrap Class Loader）视为其父类加载器进行处理。由于启动类加载器由C++编写，不存在父类加载器。

ClassLoader部分源码：

3.双亲委派机制的主要作用

双亲委派机制的主要作用有：

保证类加载的安全性：由于双亲委派机制中，顶层的类加载器（如Bootstrap ClassLoader）负责加载核心类库，如java.lang包中的类。这种设计可以避免恶意代码替换核心类库，如java.lang.String，从而确保核心类库的完整性和安全性。
避免重复加载：通过双亲委派机制，如果一个类已经被一个类加载器加载过，那么其他的类加载器就无需再次尝试加载，这样可以避免同一个类被多次加载的情况。

这种机制的优点在于它可以有效地避免类的重复加载，同时也可以保证核心类库的安全性。但是，它也有一些局限性，例如可能会影响到类的可见性和可移植性。

案例：

自定义String类（java.lang包下）：

java 复制代码

package lang;

public class String {
    static {
        System.out.println("自定义String类");
    }
}

获取类加载器：

java 复制代码

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        ClassLoader classLoader = Demo1.class.getClassLoader();
        Class<?> aClass = classLoader.loadClass("java.lang.String");
        System.out.println(aClass.getClassLoader());
    }
}

运行结果（无法获取启动类加载器）：

这种设计避免了恶意代码替换核心类库。

二、双亲委派机制常见问题

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。
双亲委派机制的主要作用：避免恶意代码替换JDK中的核心类库，确保核心类库的完整性和安全性；避免一个类重复地被加载。

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？

启动类加载器负责加载核心类库，如java.lang包中的类，其优先级最高。在双亲委派机制下，每个类加载器在接收到加载请求时，首先会自底向上查找是否已加载过该类。若已加载，则直接返回Class对象，否则，将加载请求委派给父类加载器。

在自己的项目中去创建一个java.lang.String类，会被加载吗？

由于java.lang.String属于核心类库，由启动类加载器负责加载。因此，在自己的项目中尝试创建该类将会失败，因为启动类加载器已经加载了rt.jar包中的String类。

这几个类加载器彼此之间存在关系吗？

应用类加载器的父类加载器是扩展类加载器。而扩展类加载器没有明确的父类加载器，但在实际逻辑中，它会将启动类加载器视为其父类加载器。这种层次结构确保了核心类库的安全性和完整性。

总结

JVM是Java程序的运行环境，负责字节码解释、内存管理、安全保障、多线程支持、性能监控和跨平台运行。本文主要介绍了双亲委派机制、父类加载器、双亲委派机制的主要作用、双亲委派机制常见问题等内容，希望对大家有所帮助。