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JVM中类加载器的父委托机制

乐在克里特
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发布于 2017/02/23 13:47
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类加载器

  类加载器用来把类加载到Java虚拟机中。

 

类加载器的类型

  有两种类型的类加载器:

  1.JVM自带的加载器:

    根类加载器(Bootstrap)

    扩展类加载器(Extension)

    系统类加载器(System)

  2.用户自定义的类加载器:

    java.lang.ClassLoader的子类,用户可以定制类的加载方式。

 

JVM自带的加载器

  Java虚拟机自带了以下几种加载器。

  1.根(Bootstrap)类加载器:

  该加载器没有父加载器

  它负责加载虚拟机的核心类库,如java.lang.*等。

  根类加载器从系统属性sun.boot.class.path所指定的目录中加载类库。

  根类加载器的实现依赖于底层操作系统,属于虚拟机的实现的一部分,它并没有继承java.lang.ClassLoader类,它是用C++写的。

 

  2.扩展(Extension)类加载器:

  它的父加载器为根类加载器。

  它从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库,或者从JDK的安装目录的jre\lib\ext子目录(扩展目录)下加载类库,如果把用户创建的JAR文件放在这个目录下,也会自动由扩展类加载器加载。

  扩展类加载器是纯Java类,是java.lang.ClassLoader类的子类。

 

  3.系统(System)类加载器:

  也称为应用类加载器,它的父加载器为扩展类加载器

  它从环境变量classpath或者系统属性java.class.path所指定的目录中加载类,它是用户自定义的类加载器的默认父加载器

  系统类加载器是纯Java类,是java.lang.ClassLoader类的子类。

 

  注意:这里的父加载器概念并不是指类的继承关系,子加载器不一定继承了父加载器(其实是组合的关系)。

 

用户自定义类加载器

  除了以上虚拟机自带的类加载器以外,用户还可以定制自己的类加载器(User-defined Class Loader)。

  Java提供了抽象类java.lang.ClassLoader,所有用户自定义的类加载器都应该继承ClassLoader类。

 

类加载的父委托机制

  从JDK 1.2版本开始,类的加载过程采用父亲委托机制,这种机制能更好地保证Java平台的安全。

  在父委托机制中,除了Java虚拟机自带的根类加载器以外,其余的类加载器都有且只有一个父加载器,各个加载器按照父子关系形成了树形结构。

 

  当Java程序请求加载器loader1加载Sample类时,loader1首先委托自己的父加载器去加载Sample类,若父加载器能加载,则由父加载器完成加载任务,否则才由loader1本身加载Sample类。

 

  说明具体过程的一个例子:

 

 

  loader2首先从自己的命名空间中查找Sample类是否已经被加载,如果已经加载,就直接返回代表Sample类的Class对象的引用。

  如果Sample类还没有被加载,loader2首先请求loader1代为加载,loader1再请求系统类加载器代为加载,系统类加载器再请求扩展类加载器代为加载,扩展类加载器再请求根类加载器代为加载。

  若根类加载器和扩展类加载器都不能加载,则系统类加载器尝试加载,若能加载成功,则将Sample类所对应的Class对象的引用返回给loader1,loader1再返回给loader2,从而成功将Sample类加载进虚拟机。

  若系统加载器不能加载Sample类,则loader1尝试加载Sample类,若loader1也不能成功加载,则loader2尝试加载。

  若所有的父加载器及loader2本身都不能加载,则抛出ClassNotFoundException异常。

  总结下来就是:

  每个加载器都优先尝试用父类加载,若父类不能加载则自己尝试加载;若成功则返回Class对象给子类,若失败则告诉子类让子类自己加载。所有都失败则抛出异常。

 

定义类加载器和初始类加载器

  若有一个类加载器能成功加载Sample类,那么这个类加载器被称为定义类加载器

  所有能成功返回Class对象的引用的类加载器(包括定义类加载器,即包括定义类加载器和它下面的所有子加载器)都被称为初始类加载器

  假设loader1实际加载了Sample类,则loader1为Sample类的定义类加载器,loader2和loader1为Sample类的初始类加载器。

 

父子关系

  需要指出的是,加载器之间的父子关系实际上指的是加载器对象之间的包装关系,而不是类之间的继承关系。

  一对父子加载器可能是同一个加载器类的两个实例,也可能不是。

  在子加载器对象中包装了一个父加载器对象。

  例如loader1和loader2都是MyClassLoader类的实例,并且loader2包装了loader1,loader1是loader2的父加载器。

  当生成一个自定义的类加载器实例时,如果没有指定它的父加载器(ClassLoader构造方法无参数),那么系统类加载器就将成为该类加载器的父加载器。

 

父委托机制优点

  父亲委托机制的优点是能够提高软件系统的安全性

  因为在此机制下,用户自定义的类加载器不可能加载应该由父加载器加载的可靠类,从而防止不可靠甚至恶意的代码代替由父加载器加载的可靠代码。

  例如,java.lang.Object类总是由根类加载器加载,其他任何用户自定义的类加载器都不可能加载含有恶意代码的java.lang.Object类。

 

命名空间

  每个类加载器都有自己的命名空间,命名空间由该加载器及所有父加载器所加载的类组成。

  在同一个命名空间中,不会出现类的完整名字(包括类的包名)相同的两个类。

  在不同的命名空间中,有可能会出现类的完整名字(包括类的包名)相同的两个类。

运行时包

  由同一类加载器加载的属于相同包的类组成了运行时包

  决定两个类是不是属于同一个运行时包,不仅要看它们的包名是否相同,还要看定义类加载器是否相同。

  只有属于同一运行时包的类才能互相访问包可见(即默认访问级别)的类和类成员。

  这样的限制能避免用户自定义的类冒充核心类库的类,去访问核心类库的包可见成员。

  假设用户自己定义了一个类java.lang.Spy,并由用户自定义的类加载器加载,由于java.lang.Spy和核心类库java.lang.*由不同的类加载器加载,它们属于不同的运行时包,所以java.lang.Spy不能访问核心类库java.lang包中的包可见成员。

 

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