Java类加载器与双亲委派模型

1. 什么是类加载机制？

代码编译的结果从本地机器码转变成字节码，是存储格式的一小步，却是编程语言发展的一大步。

Java虚拟机把描述类的数据从Class文件加载进内存，并对数据进行校验，转换解析和初始化，最终形成可以呗虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这动作的代码模块成为“类加载器”。

类与类加载器的关系

类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段。对于任意一个类，都需要由加载他的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类命名空间。这句话可以表达的更通俗一些：比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来自同一个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，那这个两个类就必定不相等。

启动类加载器 Bootstrap ClassLoader：加载<JAVA_HOME>\lib目录下核心库

扩展类加载器 Extension ClassLoader：加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录下扩展包

应用程序类加载器 Application ClassLoader：加载用户路径(classpath)上指定的类库

双亲委派模型

双亲委派模型要求除顶层启动类加载器外其余类加载器都应该有自己的父类加载器；类加载器之间通过复用关系来复用父加载器的代码。

双亲委派模型工作工程：

1.当Application ClassLoader 收到一个类加载请求时，他首先不会自己去尝试加载这个类，而是将这个请求委派给父类加载器Extension ClassLoader去完成。

2.当Extension ClassLoader收到一个类加载请求时，他首先也不会自己去尝试加载这个类，而是将请求委派给父类加载器Bootstrap ClassLoader去完成。

3.如果Bootstrap ClassLoader加载失败(在<JAVA_HOME>\lib中未找到所需类)，就会让Extension ClassLoader尝试加载。

4.如果Extension ClassLoader也加载失败，就会使用Application ClassLoader加载。

5.如果Application ClassLoader也加载失败，就会使用自定义加载器去尝试加载。

6.如果均加载失败，就会抛出ClassNotFoundException异常。

双亲委派模型的实现过程：

实现双亲委派模型的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中：
首先会检查请求加载的类是否已经被加载过；
若没有被加载过：
递归调用父类加载器的loadClass();
父类加载器为空后就使用启动类加载器加载；
如果父类加载器和启动类加载器均无法加载请求，则调用自身的加载功能。

双亲委派模型的优点：

Java类伴随其类加载器具备了带有优先级的层次关系，确保了在各种加载环境的加载顺序。
保证了运行的安全性，防止不可信类扮演可信任的类。

可以保证两点：子加载器可以使用父类加载器已加载的类，但父类加载器无法使用子类加载器已加载的类；二是父加载器已加载过的类无法被子加载器再次加载。这样就可以保证JVM安全性和稳定性。

双亲委任模型

从Java虚拟机的角度来说，只存在两种不同类加载器：一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)，这个类加载器使用C++语言实现（只限HotSpot），是虚拟机自身的一部分；另一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader.
从Java开发人员的角度来看，类加载还可以划分的更细致一些，绝大部分Java程序员都会使用以下3种系统提供的类加载器：
- 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这个类加载器复杂将存放在 JAVA_HOME/lib 目录中的，或者被-Xbootclasspath 参数所指定的路径种的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录下也不会重载）。
- 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责夹杂JAVA_HOME/lib/ext 目录下的，或者被java.ext.dirs 系统变量所指定的路径种的所有类库。开发者可以直接使用扩展类加载器。
- 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。由于这个类加载器是ClassLoader 种的getSystemClassLoader方法的返回值，所以也成为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库。开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用中没有定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

这些类加载器之间的关系一般如下图所示：

为什么需要双亲委派模型？

为什么需要双亲委派模型呢？假设没有双亲委派模型，试想一个场景：

黑客自定义一个java.lang.String类，该String类具有系统的String类一样的功能，只是在某个函数稍作修改。比如equals函数，这个函数经常使用，如果在这这个函数中，黑客加入一些“病毒代码”。并且通过自定义类加载器加入到JVM中。此时，如果没有双亲委派模型，那么JVM就可能误以为黑客自定义的java.lang.String类是系统的String类，导致“病毒代码”被执行。

而有了双亲委派模型，黑客自定义的java.lang.String类永远都不会被加载进内存。因为首先是最顶端的类加载器加载系统的java.lang.String类，最终自定义的类加载器无法加载java.lang.String类。

如果没有使用双亲委派模型，由各个类加载器自行加载的话，如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object的类，并放在程序的ClassPath中，那系统将会出现多个不同的Object类， Java类型体系中最基础的行为就无法保证。应用程序也将会变得一片混乱。

或许你会想，我在自定义的类加载器里面强制加载自定义的java.lang.String类，不去通过调用父加载器不就好了吗?确实，这样是可行。但是，在JVM中，判断一个对象是否是某个类型时，如果该对象的实际类型与待比较的类型的类加载器不同，那么会返回false。

举个简单例子：

ClassLoader1、ClassLoader2都加载java.lang.String类，对应Class1、Class2对象。那么Class1对象不属于ClassLoad2对象加载的java.lang.String类型。