JVM 在加载类的过程中,需要使用类加载器进行加载,为此,Java 提供了三层类加载器,以及双亲委派的类加载架构。
什么是三层类加载器
JVM 在加载类的过程中,需要使用类加载器进行加载,为此,Java 提供了三层类加载器,以及双亲委派的类加载架构。
三层加载器分别是 启动类加载器、扩展类加载器、应用程序加载器:
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启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)
虚拟机的一部分,使用 C++ 实现,加载 <JAVA_HOME>/jre/lib 目录中,或者被 -Xbootclasspath 参数指定的路径中存放的类库。
例如:rt.jar、resources.jar 等等,如下所示:
System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));
/**
D:\Java\jdk1.8.0_301\jre\lib\resources.jar;
D:\Java\jdk1.8.0_301\jre\lib\rt.jar;
D:\Java\jdk1.8.0_301\jre\lib\sunrsasign.jar;
……
**/
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扩展类加载器(Extension ClassLoader)
独立于虚拟机外部,使用 Java 实现,加载 <JAVA_HOME>/jre/lib/ext 目录中,或者被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径中所有的类库。
如下所示:
System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
/**
D:\Java\jdk1.8.0_301\jre\lib\ext;
C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext
**/
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应用程序加载器(Application ClassLoader)
独立于虚拟机外部,使用 Java 实现,加载应用的 CLASSPATH 目录的所有类库。
例如:charsets.jar、deploy.jar 等等,如下所示:
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
/**
D:\Java\jdk1.8.0_301\jre\lib\charsets.jar;
D:\Java\jdk1.8.0_301\jre\lib\deploy.jar;
D:\Java\jdk1.8.0_301\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;
……
**/
什么是双亲委派机制
双亲委派的工作过程是:
当一个类加载器收到了类加载的请求的时候,它不会直接去加载指定的类,而是把这个请求委托给自己的父加载器去加载,每一个加载器都是如此。
因此,所有的加载请求最终都会委派到最顶层的加载器去尝试类的加载,即启动类加载(Bootstrap ClassLoader)。
只有父加载器无法加载这个类的时候,才会由子加载器去尝试类的加载。
如果,最顶层的加载器都无法加载这个类,那么就会抛出异常。
类加载器的双亲委派模型,如下图所示:

双亲委派的工作过程,如下图所示:

怎么实现双亲委派机制
双亲委派的实现源码:java.lang.ClassLoader 的 loadClass()
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 首先,检查请求的类是否已经被加载
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
// 委派给父类加载
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
// 在没有父类的情况下,委派给启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// 如果父类加载器无法加载的情况下
// 自身去加载类
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
不过,父类加载器和子类加载器之间并不是继承关系的,而是使用组合关系来调用父类加载器。
public abstract class ClassLoader {
// ……
// 委派的父类加载器
// Note: VM hardcoded the offset of this field, thus all new fields
// must be added *after* it.
private final ClassLoader parent;
// ……
}
为什么要使用双亲委派机制
对于一个类,它在 JVM 的唯一性是由加载它的类加载器和这个类本身所决定,每一个类加载器都拥有一个独立的类名称空间。
唯一性,可以理解为类的 Class 对象的 equals() 、isAssignableFrom()、isInstance() 方法返回结果,也包括了使用 instanceof 关键字做对象所属关系的判定等。
举个例子,不同类加载器加载同一个类的结果:
public class ClassLoaderDemo {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
@Override
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
if(is == null) {
return super.loadClass(name);
}
byte[] b = new byte[is.available()];
is.read(b);
return defineClass(name, b, 0, b.length);
} catch(IOException e) {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
}
};
Object obj = myLoader.loadClass("com.zero.demo.ClassLoaderDemo").newInstance();
System.out.println(obj.getClass());
System.out.println(obj instanceof com.zero.demo.ClassLoaderDemo);
}
}
// 输出结果
/**
class com.zero.demo.ClassLoaderDemo
false
**/
通过双亲委派模型的优先级的层次关系,向上委派父加载器加载类,避免了类的重复加载,当父加载器已经加载过某一个类,子类加载器就不会重复加载这个类,保证了类的唯一性。
除此之外,双亲委派模型保证了安全性,防止 Java 核心 api 被篡改。例如有一个外界的 java.lang.Object 类传递到双亲委派模型的类加载器中,在程序启动阶段已经对 java.lang.Object 类进行加载,因此外界的类并不会被加载,而是直接返回 Java 核心 api 的 java.lang.Object 类。