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什么是雙親委派機制？

1、理解概述

雙親委派機制（Parent Delegation Model）是Java虛擬機（JVM）中的一種類加載機制。它是一種層次化的類加載器結(jié)構(gòu)，通過委派給父類加載器來加載類，以保證類的唯一性和安全性。

在Java中，每個類都需要在運行時被加載到內(nèi)存中才能被使用。類加載器負責將類的字節(jié)碼加載到內(nèi)存中，并生成對應(yīng)的Class對象。雙親委派機制是一種類加載器的工作方式，它通過一種層次化的結(jié)構(gòu)來加載類，保證類的加載是有序、唯一且安全的。

2、類加載過程

類加載過程是將類的字節(jié)碼加載到內(nèi)存中，并生成對應(yīng)的Class對象的過程。類加載過程主要包括以下幾個步驟：

• 加載（Loading）：類加載的第一個階段是加載，即將類的字節(jié)碼文件加載到內(nèi)存中。加載階段由類加載器完成，類加載器根據(jù)類的全限定名（包括包名和類名）來定位并讀取字節(jié)碼文件。加載階段的結(jié)果是在內(nèi)存中生成一個代表該類的Class對象。
• 驗證（Verification）：在驗證階段，對加載的字節(jié)碼進行驗證，確保字節(jié)碼的正確性和安全性。驗證階段包括以下幾個方面的驗證：文件格式驗證、元數(shù)據(jù)驗證、字節(jié)碼驗證和符號引用驗證。
• 準備（Preparation）：在準備階段，為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存并設(shè)置默認初始值。這些變量包括靜態(tài)變量和靜態(tài)常量。
• 解析（Resolution）：在解析階段，將符號引用解析為直接引用。符號引用是一種符號名稱，可以是類、字段、方法等的引用。直接引用是直接指向內(nèi)存中的地址，可以是指向方法區(qū)中的方法、字段等的指針。
• 初始化（Initialization）：在初始化階段，對類進行初始化，包括執(zhí)行靜態(tài)變量的賦值和靜態(tài)代碼塊的執(zhí)行。初始化階段是類加載過程的最后一個階段，只有在初始化階段完成后，類才能被正常使用。

需要注意的是，類加載過程是按需加載的，即在首次使用類時才會進行加載。而且類加載過程是線程安全的，即同一個類在多線程環(huán)境下只會被加載一次。

另外，類加載過程可以由自定義的類加載器來擴展或修改，默認的類加載器是應(yīng)用程序類加載器（Application ClassLoader），它負責加載應(yīng)用程序的類。自定義類加載器可以實現(xiàn)一些特定的需求，如加載加密的字節(jié)碼文件、從網(wǎng)絡(luò)或其他非標準位置加載類等。

反映在雙親委派機制上：

圖片

具體來說，當一個類加載器收到加載類的請求時，它會先檢查自己是否已經(jīng)加載過這個類。如果已經(jīng)加載過，則直接返回已加載的類。如果沒有加載過，則將加載請求委派給它的父類加載器。

父類加載器會按照同樣的方式繼續(xù)檢查是否已經(jīng)加載過這個類，直到達到頂層的啟動類加載器。如果所有的父類加載器都無法加載這個類，則由當前類加載器自己去加載。如果加載成功，則將生成的Class對象返回給請求者。

3、類加載器的層次結(jié)構(gòu)

類加載器的層次結(jié)構(gòu)是指類加載器之間的父子關(guān)系，它們按照一定的順序組成了一個層次化的結(jié)構(gòu)。在Java中，雙親委派機制的類加載器結(jié)構(gòu)一般包括三個層次：

1. 啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：也稱為根類加載器，它是虛擬機的一部分，通常由本地代碼實現(xiàn)，不是Java類。它負責加載Java的核心類庫，如java.lang包中的類。啟動類加載器是所有其他類加載器的父加載器，它沒有父加載器。
2. 擴展類加載器（Extension ClassLoader）：它是由Java編寫的類，是由啟動類加載器加載的。擴展類加載器負責加載Java的擴展類庫，如javax包中的類。它的父加載器是啟動類加載器。
3. 應(yīng)用程序類加載器（Application ClassLoader）：也稱為系統(tǒng)類加載器，它負責加載應(yīng)用程序的類，即開發(fā)者自己編寫的類。應(yīng)用程序類加載器是由擴展類加載器加載的。它的父加載器是擴展類加載器。

除了這三個主要的類加載器，還有一些其他的類加載器，如自定義的類加載器。自定義的類加載器可以繼承自應(yīng)用程序類加載器或其他類加載器，形成更復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)。

類加載器的層次結(jié)構(gòu)是通過雙親委派機制來實現(xiàn)的。當一個類加載器收到加載類的請求時，它會先向上委派給父類加載器，由父類加載器嘗試加載。

父類加載器會按照同樣的方式繼續(xù)向上委派，直到達到頂層的啟動類加載器。如果所有的父類加載器都無法加載這個類，則由當前類加載器自己去加載。

這樣的層次結(jié)構(gòu)保證了類加載的一致性和安全性，避免了類的重復(fù)加載和惡意代碼的替換。

雙親委派機制的作用是什么？

雙親委派機制的作用是保證Java類的加載的一致性和安全性；具體來說，雙親委派機制的作用有以下幾個方面：

• 避免重復(fù)加載：當一個類加載器收到加載類的請求時，它會先向上委派給父類加載器，由父類加載器嘗試加載。父類加載器會按照同樣的方式繼續(xù)向上委派，直到達到頂層的啟動類加載器。如果所有的父類加載器都無法加載這個類，則由當前類加載器自己去加載。這樣的層次結(jié)構(gòu)保證了類的加載只會發(fā)生一次，避免了重復(fù)加載。
• 類的隔離性：每個類加載器都有自己的命名空間，它只能加載自己命名空間下的類。當一個類加載器嘗試加載一個類時，它會先檢查自己的命名空間中是否已經(jīng)加載了這個類。如果已經(jīng)加載，則直接返回已加載的類；如果沒有加載，則委派給父類加載器加載。這樣的隔離性保證了不同類加載器加載的類之間互不影響，避免了類的沖突和版本不一致的問題。
• 安全性：通過雙親委派機制，Java類的加載可以由更高層次的類加載器來完成，這些類加載器通常是由Java官方或其他可信任的實體提供的。這樣可以確保核心類庫和擴展類庫的安全性，避免了惡意代碼的替換和執(zhí)行。

總的來說，雙親委派機制通過層次化的類加載器結(jié)構(gòu)，保證了Java類的加載的一致性和安全性，避免了重復(fù)加載和類的沖突，同時也提供了一種安全的加載機制，防止惡意代碼的執(zhí)行。

然而，雙親委派機制也有一些缺點：

• 限制了類加載的靈活性：雙親委派機制要求類加載器按照一定的順序去加載類，這限制了類加載的靈活性。有時候，我們可能需要自定義的類加載器來加載特定的類，但由于雙親委派機制的存在，這些類可能會被父類加載器加載，無法實現(xiàn)自定義加載的需求。
• 難以實現(xiàn)類的動態(tài)更新：由于雙親委派機制的存在，當一個類被加載后，它的類定義就不能再被修改。這意味著如果我們想要在運行時動態(tài)更新一個類的定義，就需要重新加載整個類及其依賴的類。這對于一些需要頻繁更新的應(yīng)用場景來說，可能會帶來一些困擾。

總的來說，雙親委派機制在保證類加載的一致性和安全性方面具有明顯的優(yōu)勢，但也存在一定的限制和缺點。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的需求來權(quán)衡使用雙親委派機制的利與弊。

雙親委派機制的工作原理是什么？

雙親委派機制的工作原理可以簡單概括為以下幾個步驟：

• 當一個類加載器收到加載類的請求時，它會先檢查自己的命名空間中是否已經(jīng)加載了這個類。如果已經(jīng)加載，則直接返回已加載的類；如果沒有加載，則繼續(xù)下一步。
• 類加載器會將加載請求委派給父類加載器。父類加載器會按照同樣的方式繼續(xù)向上委派，直到達到頂層的啟動類加載器。
• 如果所有的父類加載器都無法加載這個類，則由當前類加載器自己去加載。當前類加載器會根據(jù)自己的加載策略，從指定的路徑或資源中加載類的字節(jié)碼，并將其轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的類。
• 加載完成后，將加載的類及其相關(guān)信息存放在當前類加載器的命名空間中，以便后續(xù)的類加載請求可以直接使用。

通過這樣的層次結(jié)構(gòu)和委派機制，雙親委派機制保證了類的加載只會發(fā)生一次，避免了重復(fù)加載；同時，也保證了類的隔離性，不同類加載器加載的類之間互不影響；還能提供一種安全的加載機制，防止惡意代碼的執(zhí)行。

需要注意的是，雙親委派機制并不是強制性的，可以根據(jù)具體的需求進行調(diào)整或擴展。在Java中，可以通過自定義類加載器來改變類加載的行為，實現(xiàn)一些特定的需求。

這樣可以使得：

- 避免類的重復(fù)加載：通過委派給父類加載器，可以避免同一個類被多個類加載器加載，節(jié)省了內(nèi)存空間。

- 提高類加載的效率：父類加載器已經(jīng)加載過的類可以直接返回，無需再次加載，提高了類加載的效率。

- 提高Java程序的安全性：防止惡意代碼替換核心類庫，提高了Java程序的安全性。

然而，有時候我們需要打破雙親委派機制，自定義類加載器來實現(xiàn)特定的需求。這需要謹慎操作，因為打破雙親委派機制可能導(dǎo)致類加載的混亂和安全性問題。

打破雙親委派機制？

為什么要打破雙親委派機制嗎？

打破雙親委派機制的主要原因是為了滿足一些特定的需求和場景，例如：

• 實現(xiàn)類的熱部署：在某些應(yīng)用場景下，需要在運行時動態(tài)加載和替換類，以實現(xiàn)熱部署的功能。而雙親委派機制會導(dǎo)致類的加載只發(fā)生一次，無法實現(xiàn)類的熱替換。通過打破雙親委派機制，可以自定義類加載器，在需要時重新加載和替換類。
• 加載非標準的類文件：有些特殊的類文件，如動態(tài)生成的字節(jié)碼、非標準的類文件格式等，無法通過標準的類加載器加載。通過打破雙親委派機制，可以自定義類加載器，實現(xiàn)對這些非標準類文件的加載和解析。
• 實現(xiàn)類加載的動態(tài)控制：有些應(yīng)用需要對類的加載進行特殊的控制，例如對特定的類進行加密、解密或驗證等操作。通過打破雙親委派機制，可以自定義類加載器，在加載類時進行特殊的處理。

需要注意的是，打破雙親委派機制可能會引入一些潛在的風險和問題，如類的沖突、不一致性等。因此，在打破雙親委派機制時，需要謹慎考慮，并確保自定義的類加載器能夠正確處理類的加載和依賴關(guān)系。

怎樣打破雙親委派機制？

在Java中，有以下幾種方法可以打破雙親委派機制：

1. 自定義類加載器：通過自定義ClassLoader的子類，重寫findClass()方法，實現(xiàn)自定義的類加載邏輯。在自定義類加載器中，可以選擇不委派給父類加載器，而是自己去加載類。

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 自定義類加載邏輯，例如從特定路徑加載類文件
        byte[] classBytes = loadClassBytes(name);
        return defineClass(name, classBytes, 0, classBytes.length);
    }

    private byte[] loadClassBytes(String name) {
        // 從特定路徑加載類文件，并返回字節(jié)碼
        // ...
    }
}

• 線程上下文類加載器：通過Thread類的setContextClassLoader()方法，可以設(shè)置線程的上下文類加載器。在某些框架或庫中，會使用線程上下文類加載器來加載特定的類，從而打破雙親委派機制。
• OSGi框架：OSGi（Open Service Gateway Initiative）是一種動態(tài)模塊化的Java平臺，它提供了一套機制來管理和加載模塊。在OSGi中，每個模塊都有自己的類加載器，可以獨立加載和管理類，從而打破雙親委派機制。
• Java SPI機制：Java SPI（Service Provider Interface）是一種標準的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制，在SPI中，服務(wù)的實現(xiàn)類通過在META-INF/services目錄下的配置文件中聲明，而不是通過類路徑來查找。通過SPI機制，可以實現(xiàn)在不同的類加載器中加載不同的服務(wù)實現(xiàn)類，從而打破雙親委派機制。

需要注意的是，打破雙親委派機制可能會引入一些潛在的風險和問題，如類的沖突、不一致性等。在使用這些方法打破雙親委派機制時，需要謹慎考慮，并確保能夠正確處理類的加載和依賴關(guān)系。

除了上述提到的方法，還有一些其他的方法可以打破雙親委派機制：

• 使用Java Instrumentation API：Java Instrumentation API允許在類加載過程中修改字節(jié)碼，從而可以在類加載時修改類的加載行為，包括打破雙親委派機制。通過Instrumentation API，可以在類加載前修改類的字節(jié)碼，使其加載時使用自定義的類加載器。
• 使用Java動態(tài)代理：Java動態(tài)代理機制可以在運行時生成代理類，并在代理類中實現(xiàn)特定的邏輯。通過使用動態(tài)代理，可以在類加載時動態(tài)生成代理類，并在代理類中實現(xiàn)自定義的類加載邏輯，從而打破雙親委派機制。
• 使用字節(jié)碼操作庫：可以使用字節(jié)碼操作庫，如ASM、Javassist等，來直接操作字節(jié)碼，從而修改類的加載行為。通過這些庫，可以在類加載時修改字節(jié)碼，使其加載時使用自定義的類加載器。

在某些框架或場景中，為了滿足特定的需求，可能會打破雙親委派機制。以下是一些常見的框架或場景：

• JavaEE容器：JavaEE容器（如Tomcat、WebLogic、WebSphere等）通常會使用自定義的類加載器來加載應(yīng)用程序的類，以實現(xiàn)應(yīng)用程序的隔離和獨立性。這些容器會打破雙親委派機制，使用自定義的類加載器來加載應(yīng)用程序的類。
• OSGi框架：OSGi（Open Service Gateway Initiative）是一種動態(tài)模塊化的Java平臺，它提供了一套機制來管理和加載模塊。在OSGi中，每個模塊都有自己的類加載器，可以獨立加載和管理類，從而打破雙親委派機制。
• Java SPI機制：Java SPI（Service Provider Interface）是一種標準的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制，在SPI中，服務(wù)的實現(xiàn)類通過在META-INF/services目錄下的配置文件中聲明，而不是通過類路徑來查找。通過SPI機制，可以實現(xiàn)在不同的類加載器中加載不同的服務(wù)實現(xiàn)類，從而打破雙親委派機制。
• 動態(tài)代理框架：一些動態(tài)代理框架，如CGLIB、Byte Buddy等，可以在運行時生成代理類，并在代理類中實現(xiàn)特定的邏輯。這些框架通常會使用自定義的類加載器來加載生成的代理類，從而打破雙親委派機制

總結(jié)

雙親委派機制是Java類加載器的一種工作機制，它的核心思想是在類加載的過程中，優(yōu)先將加載請求委派給父類加載器，只有在父類加載器無法加載時，才由子類加載器嘗試加載。

雙親委派機制的主要特點和優(yōu)勢包括：

• 避免類的重復(fù)加載：當一個類被加載后，它會被父類加載器緩存起來，避免了重復(fù)加載同一個類的問題，提高了類加載的效率。
• 類的隔離和安全性：通過雙親委派機制，不同的類加載器加載的類具有不同的命名空間，相同類名的類可以被不同的類加載器加載，實現(xiàn)了類的隔離和安全性。
• 保護核心類庫的完整性：核心類庫由啟動類加載器加載，避免了用戶自定義的類替換核心類庫的情況，保護了核心類庫的完整性。

總結(jié)起來：

1. 雙親委派機制通過層級結(jié)構(gòu)的類加載器組織，實現(xiàn)了類的共享、隔離和安全性。
2. 它是Java類加載器的一種重要機制，為Java應(yīng)用程序提供了良好的類加載環(huán)境。
3. 然而，在某些特定的場景下，為了滿足特定的需求，可能需要打破雙親委派機制，使用自定義的類加載器來加載類。
4. 在使用自定義類加載器時，需要仔細評估和測試，確保能夠正確處理類的加載和依賴關(guān)系。