Java类加载器和双亲委派机制

前言

之前详细介绍了 Java 类的整个加载过程（ 类加载机制详解 ）。虽然，篇幅较长，但是也不要被内容吓到了，其实每个阶段都可以用一句话来概括。

1）加载：查找并加载类的二进制字节流数据。

2）验证：保证被加载的类的正确性。

3）准备：为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值。

4）解析：把类中的符号引用转换为直接引用。

5）初始化：为类的静态变量赋予正确的初始值。

当然，要想掌握类加载机制，还是需要去深入研究的。（好吧，说了一句正确的废话）因为其中，有很多知识点也是面试中常问的。比如，我之前去面试的时候，面试官就问到了一个和类初始化相关的问题。就是给一段代码，有父子类关系，父子类中包含静态代码块、构造代码块、普通代码块、构造函数等，然后让判断代码最终的执行顺序。（可自行思考一下，具体内容细节暂时不做扩展）

类加载器

终于来到了本文的主题 —— 类加载器和双亲委派机制。

在《深入理解Java虚拟机》中，对于类加载器的定义是这样的：

虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的权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。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。

简单来说，类加载器的作用就是去加载class类的二进制字节流的。

类加载器有以下三种：

1）启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）,或者叫根加载器。这个类加载器主要是去加载你在本机配置的环境变量 Java_Home/jre/lib 目录下的核心API，如rt.jar

2）扩展类加载器（Extension ClassLoader）。这个加载器负责加载 Java_Home/jre/lib/ext 目录下的所有jar包。

3）应用程序类加载器（Application ClassLoader）。这个加载器加载的是你的项目工程的ClassPath目录下的类库。如果用户没有自定义自己的类加载器，这个就是程序默认的类加载器。

另外，如果有需要的话，用户也可以自定义自己的类加载器（去继承ClassLoader类）。

我们也可以通过代码把类加载器打印出来：

public class TestClassLoader {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());

        TestClassLoader t = new TestClassLoader();
        System.out.println(t.getClass().getClassLoader());
        System.out.println(t.getClass().getClassLoader().getParent());
        System.out.println(t.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

打印结果：

null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@58644d46
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@6d6f6e28
null

注意，上面第一行和第四行的null此处可不是空的意思，它代表的是启动类加载器。因为启动类加载器是用C++代码来实现的，严格来说不属于Java类，所以Java代码访问不到，故返回null。第二行是应用程序类加载器，第三行是扩展类加载器。

双亲委派机制

在介绍双亲委派机制之前，先观察一下以下代码能否正确运行：

//自己定义的一个 java.lang包
package java.lang;

public class String {
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String();
        System.out.println(s);
    }
}

以上代码，编译没有任何问题，但是运行时，却报错：

为什么提示在java.lang.String类中找不到main方法呢，我这明明不是定义了吗？其实，问题的关键就在于类加载遵循双亲委派机制。

类加载器有以下这样的层次关系：

当一个类在加载的时候，都会先委派它的父加载器去加载，这样一层层的向上委派，直到最顶层的启动类加载器。如果顶层无法加载（即找不到对应的类），就会一层层的向下查找，直到找到为止。 这就是类的双亲委派机制。

这样做有什么好处呢？这就相当于维护了一个有优先级的层级关系，即总是从最顶层的父加载器开始加载。这就如同，你工作中遇到了问题需要向上反馈，比如先反馈给小组长，然后小组长反馈给上级经理，最后经理反馈给boss。然后boss感觉这问题太简单了不需要他亲自出手，让经理自己解决吧，然后经理又向下交给小组长。小组长一看，这问题不算难，人也比较热心，于是就帮你把问题解决了。（可能例子不是太恰当哈，意思理解即可）

到此，我们就明白了为什么上边的代码会报错。因为双亲委派机制的存在，去加载我们自己定义的“java.lang.String”类的时候，会最终委派到顶层的启动类加载器，然后找到了rt.jar包下的“java.lang.String”。找到之后，就直接加载rt.jar包的String类（也就是我们经常使用的那个字符串类），不再去向下查找，也就加载不了我们自定义的String类了。由于，rt.jar包下的String类中确实没有main方法，所以才会有以上的报错信息。

我们可以试想一下，如果没有双亲委派机制的存在，那我这段代码是不是就可以执行成功了。如果这样的话，岂不是说明我可以随意覆盖rt.jar包中的类（如String，Integer类等）。这样的话将会使程序陷入混乱，Java核心包中的类的安全也无法保证。