java双亲委派模式

双亲委派模式是Java类加载器在加载类时使用的一种机制。在这种模式下，如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己首先去加载，而是把这个请求委派给父类加载器去执行，每一层都是如此，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中。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。这种模式的设计初衷是为了保证Java程序运行的稳定性和安全性

一叶飘零_sweet_

693人浏览 · 2023-11-09 13:24:25

一叶飘零_sweet_ · 2023-11-09 13:24:25 发布

在Java的世界里，类加载器（ClassLoader）扮演着至关重要的角色。它负责将字节码转换为JVM可以执行的Java类。其中，一个重要的概念就是双亲委派模式（Parent Delegation Model）。本文将详细介绍双亲委派模式，包括其定义、工作原理、优点，以及通过Java代码示例进行详细解析。

一、什么是双亲委派模式？

这种模式的设计初衷是为了保证Java程序运行的稳定性和安全性。由于类加载器的工作是将类的字节码文件转换为JVM可以执行的类，因此如果不同的类加载器加载了同一个类，就可能会出现版本不一致的问题，导致程序运行出错。通过双亲委派模式，可以确保一个类只会被加载一次，从而避免了这种问题。

二、双亲委派模式的工作原理

双亲委派模式的工作原理可以概括为以下几步：

启动类加载器首先尝试加载类。如果找到了类的字节码文件，就结束加载过程，否则进入下一步。
父类加载器尝试加载类。如果找到了类的字节码文件，就结束加载过程，否则进入下一步。
子类加载器尝试加载类。如果找到了类的字节码文件，就结束加载过程，否则抛出ClassNotFoundException。

这个过程可以用以下的Java代码示例来描述：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先, 检查是否已经加载过这个类
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                try {
                    if (getParent() != null) {
                        // 如果父类加载器不为null, 则让父类加载器尝试加载这个类
                        c = getParent().loadClass(name, false);
                    } else {
                        // 如果父类加载器为null, 则由启动类加载器尝试加载这个类
                        c = getSystemClassLoader().loadClass(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // 如果父类加载器和启动类加载器都无法加载这个类, 则由自己加载
                    c = findClass(name);
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }
}

在这个示例中，我们可以看到，当一个类加载器收到加载类的请求时，它首先会检查这个类是否已经被加载过。如果这个类已经被加载过，就直接返回这个类；否则，它会尝试让父类加载器去加载这个类。如果父类加载器也无法加载这个类，它才会尝试自己去加载。

这种机制的好处是，它可以确保一个类只会被加载一次，从而避免了版本不一致的问题。同时，由于父类加载器总是先于子类加载器进行类加载，因此可以确保核心Java类库总是由最高优先级的类加载器（即启动类加载器）加载，从而保证了Java程序的稳定性和安全性。

三、双亲委派模式的优点

双亲委派模式的设计思想是为了保证Java核心库的类型安全，所有的Java应用都至少会引用java.lang.Object类，也就是说在运行期，java.lang.Object这个类会被加载到Java虚拟机中；如果这个加载过程是由Java应用自己的类加载器所完成的，那么很可能会在JVM中存在多个版本的java.lang.Object类，而这些类之间是不兼容的，即便是同名的类，被不同的类加载器加载后，也是完全不同的两个类，这就破坏了双亲委派模式的规则。

此外，双亲委派模式还有以下几个优点：

避免类的重复加载：Java虚拟机对于每一个加载过的类，都会保存一个对应的元数据。如果不同的类加载器都可以加载同一个类，那么就会产生多个相同的元数据，这不仅会浪费内存空间，还可能会导致程序出错。
保护Java核心库的安全：通过双亲委派模式，可以确保核心Java类库总是由最高优先级的类加载器（即启动类加载器）加载，这样可以防止恶意代码篡改核心类库，保证了Java程序的安全。
保持类加载器的独立性：每个类加载器都有自己的命名空间，可以加载自己命名空间内的类，但不能加载其他命名空间的类。这样，即使不同的类加载器加载了同名的类，也不会产生冲突。

四、Java代码示例

下面我们通过一个Java代码示例来进一步理解双亲委派模式。首先，我们定义一个自定义的类加载器：

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        System.out.println("Loading Class '" + name + "'");

        if (name.startsWith("com.myapp")) {
            System.out.println("Loading Class using CustomClassLoader");
            return getClass(name);
        }

        return super.loadClass(name);
    }

    private Class<?> getClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        String file = name.replace('.', '/') + ".class";
        byte[] b = null;
        try {
            // This loads the byte code data from the file
            b = loadClassFileData(file);
            // defineClass is inherited from the ClassLoader class
            // and converts the byte array into a Class
            Class<?> c = defineClass(name, b, 0, b.length);
            resolveClass(c);
            return c;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    private byte[] loadClassFileData(String name) throws IOException {
        InputStream stream = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(
                name);
        int size = stream.available();
        byte buff[] = new byte[size];
        DataInputStream in = new DataInputStream(stream);
        in.readFully(buff);
        in.close();
        return buff;
    }
}

然后，我们可以使用这个自定义的类加载器来加载我们的应用类：

public class MyClass {
    static {
        System.out.println("MyClass has been loaded");
    }

    public MyClass() {
        System.out.println("MyClass has been instantiated");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        ClassLoader myClassLoader = new CustomClassLoader();
        Class<?> myClass = myClassLoader.loadClass("com.myapp.MyClass");
        MyClass object = (MyClass) myClass.newInstance();
    }
}

在这个示例中，我们可以看到双亲委派模式的工作过程：当我们尝试加载MyClass类时，CustomClassLoader首先会检查这个类是否已经被加载过，如果没有被加载过，它会尝试让其父类加载器（系统类加载器）去加载这个类；只有当父类加载器无法加载这个类时，CustomClassLoader才会尝试自己去加载。

五、双亲委派模式的实际应用

在实际的Java开发中，双亲委派模式被广泛应用。例如，Java的Web服务器在加载Web应用时，通常会为每个Web应用创建一个独立的类加载器。当一个Web应用需要加载一个类时，它的类加载器会首先检查这个类是否已经被加载过，如果没有被加载过，它会尝试让父类加载器（通常是系统类加载器）去加载这个类；只有当父类加载器无法加载这个类时，它才会尝试自己去加载。

这样做的好处是，可以避免不同的Web应用之间因为类加载的问题而产生冲突。例如，如果两个Web应用都使用了同一个第三方库，但是版本不同，那么如果不使用双亲委派模式，就可能会因为类加载的问题而导致程序运行出错。

此外，双亲委派模式也被用于Java的热部署技术。热部署技术允许我们在不停止应用的情况下更新应用的代码。这是通过创建一个新的类加载器，使用这个类加载器加载新的类实现的。由于新的类加载器和原来的类加载器是不同的，因此它们加载的类也是不同的，即使类的名称相同。这样，我们就可以在不影响正在运行的应用的情况下，加载新的类。

六、双亲委派模式的深入解析

1. 双亲委派模式与其他模式的对比

双亲委派模式是类加载器的一种设计模式，但并非所有的类加载器都遵循这种模式。例如，OSGi、Jboss、Weblogic等框架的类加载器就不遵循双亲委派模式，而是采用了所谓的“子优先”模式。

在“子优先”模式中，类加载器在接收到类加载请求时，会首先尝试自己去加载这个类，只有在自己无法加载的情况下，才会委托给父类加载器去加载。这种模式的优点是，它可以让每个模块都有自己独立的类加载器，从而实现模块的热部署和卸载。

然而，“子优先”模式也有一些缺点。由于每个模块都有自己的类加载器，因此可能会出现同一个类被多次加载的情况，这不仅会浪费内存，还可能会导致版本不一致的问题。因此，“子优先”模式通常只用在需要支持模块热部署和卸载的场景，而在其他场景下，我们通常还是会选择使用双亲委派模式。

2. 双亲委派模式的实现细节

在Java的类加载器中，双亲委派模式是通过以下几个方法实现的：

loadClass(String name, boolean resolve): 这是类加载器的主要方法，它负责处理类加载请求。这个方法首先会检查这个类是否已经被加载过，如果已经被加载过，就直接返回这个类；否则，它会尝试让父类加载器去加载这个类。如果父类加载器无法加载这个类，它才会尝试自己去加载。
findLoadedClass(String name): 这个方法用于检查一个类是否已经被加载过。它会在类加载器的内部缓存中查找这个类，如果找到了，就返回这个类；否则，返回null。
findClass(String name): 这个方法用于加载一个类。它需要被子类重写，以实现具体的类加载逻辑。
defineClass(byte[] b, int off, int len): 这个方法用于将字节码转换为Class对象。它是一个受保护的方法，只能被类加载器内部调用。
resolveClass(Class<?> c): 这个方法用于解析一个类。它会确保这个类的所有依赖都已经被加载。

通过这些方法，我们可以实现自己的类加载器，并且可以根据需要选择是否遵循双亲委派模式。

3. 双亲委派模式的应用场景

双亲委派模式主要应用于Java的类加载机制，但其设计思想也可以应用于其他领域。例如，在软件架构设计中，我们可以使用双亲委派模式来组织各个模块的依赖关系。在这种模式下，每个模块都有一个“父模块”，当一个模块需要使用某个功能时，它会首先请求其“父模块”提供这个功能，只有当“父模块”无法提供时，这个模块才会尝试自己实现这个功能。这种模式可以避免功能的重复实现，同时也可以保证模块的独立性。

此外，双亲委派模式也可以用于设计权限管理系统。在这种系统中，每个用户都有一个“父用户”，当一个用户需要执行某个操作时，系统会首先检查其“父用户”是否有这个权限，只有当“父用户”没有这个权限时，系统才会检查这个用户是否有这个权限。这种模式可以有效地管理用户的权限，避免权限的滥用。

七、总结

双亲委派模式是Java类加载器的一个重要特性，它可以确保Java核心库的类型安全，并且可以防止Java类的多次加载。通过理解和掌握双亲委派模式，我们可以更好地理解Java的类加载机制，并且可以在需要的时候，编写自己的类加载器。同时，双亲委派模式也是Java的许多高级特性，如Web应用的隔离、热部署等技术的基础。

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