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雙親委派機制源碼解析

全盤負責委託機制

Java 執行代碼的大致流程

我們先回顧下Java 執行代碼的大致流程

假設要執行A類的main方法

啓動虛擬機（C++負責創建）【windows ： bin/java.exe調用 jvm.dll Linux ： java 調用 libjvm.so 】
創建一個引導類加載器實例（C++實現）
C++ 調用Java代碼，創建JVM啓動器，實例sun.misc.Launcher 【這貨由引導加載器負責加載創建其他類加載器】

sun.misc.Launcher.getLauncher() 獲取運行類自己的加載器ClassLoader --> 是AppClassLoader ，通過上圖源碼可知
獲取到ClassLoader後調用loadClass(“A”)方法加載運行的類A
加載完成執行A類的main方法
程序運行結束
JVM銷燬

類加載loadClass的步驟

其中最核心的方法 loadClass ,其實現我們常說的雙親委派機制，我們後面展開。

我們先白話一下類加載的幾個步驟

加載 ----> 驗證 ----> 準備 ----> 解析 ----> 初始化 ----> 使用 ----> 卸載

談及比較多的是前五個，我們來捋一捋哈，不要嘗試死記硬背，嘗試去理解它的邏輯

加載：我們說jvm執行的java字節碼，編譯後在磁盤上，總得讀取這個字節碼文件吧，通過啥讀 IO唄，所以第一步肯定是加載字節碼文件
驗證： JVM總不能說讀到啥就直接運行了吧，你外面有個A.class 裏面是一堆JVM規範不認識的內容，也執行不了啊。符合JVM規範才能執行後續的步驟，所以第二步是校驗字節碼文件的正確性
準備：給類的靜態變量分配內存，並賦予默認值。我們的類裏，可能會包含一些靜態變量吧。比如 public static final int a = 12; 得給a分配個默認值 0 ，再比如 public static User user = new User(); 給 static的變量 User分配內存，並賦默認值null （final修飾的常量，直接賦值）
解析：這個地方不是很好理解，解析是什麼意思呢？將符號引用替換爲直接引用。符號引用？直接引用？ what ? ------------- 我們的類的靜態方法比如main方法其實在Java中有個叫法都是叫符號。這個階段就會吧一些靜態方法（符號引用，比如剛纔說的main方法）替換爲指向數據所存內存的指針或者句柄等（直接引用）【找到具體在內存中的位置】。這個就是靜態鏈接過程（在類加載期間完成）。動態鏈接是在程序運行期間完成的將符號引用替換爲直接引用（比如某個普通方法的調用）
初始化：上面的步驟完事兒以後，這一步主要是對類的靜態變量初始化爲指定的值，執行靜態代碼塊。比如剛纔第二步的 public static final int a = 12; ，第二步給static變量賦了默認值，這一步就該把12賦值給它了。還有 static的 User public static User user = new User(); 實例化User

類加載器和雙親委派機制

剛纔說了類加載器中loadClass方法實現了雙親委派的機制，那我們需要先了解下有哪幾種類加載器

主要有4種

引導類加載器：負責加載支撐JVM運行的位於JRE的lib目錄下的核心類庫，比如rt.jar、charsets.jar等
擴展類加載器：負責加載支撐JVM運行的位於JRE的lib目錄下的ext擴展目錄中的JAR類包
應用程序類加載器：負責加載ClassPath路徑下的類包，主要就是加載我們應用中自己寫的那些類
自定義加載器：負責加載用戶自定義路徑下的類包

我們來看看幾種不同的類加載器


public class ClassLoadTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 核心rt.jar中的類加載器 是C++加載的，因此這裏爲null 
        System.out.println(String.class.getClassLoader());
        // 擴展包的加載器 ExtClassLoader
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader());
        // 應用加載器 AppClassLoader
        System.out.println(ClassLoadTest.class.getClassLoader());


        System.out.println("");

        // 獲取系統ClassLoader
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        // appClassLoader的父加載器
        ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
        // extClassLoader的父加載器
        ClassLoader boostrapClassLoader = extClassLoader.getParent();

        System.out.println("the bootstrapLoader : " + boostrapClassLoader);
        System.out.println("the extClassloader : " + extClassLoader);
        System.out.println("the appClassLoader : "+ appClassLoader);


        System.out.println("");

        System.out.println("==============bootstrapLoader加載的文件====================");

        URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (int i = 0; i < urLs.length; i++) {
            System.out.println(urLs[i]);
        }
        System.out.println("");


        System.out.println("==============extClassloader加載的文件====================");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));

        System.out.println("");


        System.out.println("==============appClassLoader 加載的文件====================");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}

輸出

null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

==============bootstrapLoader加載的文件====================
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/resources.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/rt.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/jsse.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/jce.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/charsets.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/jfr.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/classes

==============extClassloader加載的文件====================
E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext;C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext

==============appClassLoader 加載的文件====================
E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\charsets.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\deploy.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\cldrdata.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\dnsns.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jaccess.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jfxrt.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\localedata.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\nashorn.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunec.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\zipfs.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\javaws.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jce.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfr.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfxswt.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jsse.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\management-agent.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\plugin.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\resources.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\rt.jar;D:\IdeaProjects\GOF23\target\classes;C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.3.1\lib\idea_rt.jar

看看appClassLoader 咋加載這麼多？其實它並沒有加載這麼多，除了 D:\IdeaProjects\GOF23\target\classes; 是它加載的，剩下的都是他的父加載器給他乾的。

sun.misc.Launcher源碼解析

JVM啓動時，C++會實例化JVM啓動器實例sun.misc.Launcher ，所以很有必要研究一下Launcher的源碼。

Launcher實例化

 private static Launcher launcher = new Launcher();

採用了餓漢模式靜態域的方式實現了單例模式，保證一個JVM虛擬機內只有一個sun.misc.Launcher實例。

Launcher 構造函數

實例化，調用構造函數，我們看下它的構造函數幹了啥？

  public Launcher() {
        Launcher.ExtClassLoader var1;
        try {
           //構造擴展類加載器，在構造的過程中將其父加載器設置爲null
            var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
        } catch (IOException var10) {
            throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
        }

        try { 
             //構造應用類加載器，在構造的過程中將其父加載器設置爲ExtClassLoader，
             //Launcher的loader屬性值是AppClassLoader，我們一般都是用這個類加載器來加載我們自己寫的應用程序
            this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
        } catch (IOException var9) {
            throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
        }

        Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
          .....
         .....
         .....
        }

    }

Launcher構造方法內部，創建了兩個類加載器，分別是sun.misc.Launcher.ExtClassLoader(擴展類加載器)和sun.misc.Launcher.AppClassLoader(應用類加載器)。

JVM默認使用Launcher的getClassLoader()方法返回的類加載器AppClassLoader的實例加載我們的應用程序。

雙親委派機制源碼解析

雙親委派過程

通俗的說：當我們需要加載某個類時會先委託父加載器尋找目標類，找不到再委託上層父加載器加載，如果所有父加載器在自己的加載類路徑下都找不到目標類，則在自己的類加載路徑中查找並載入目標類。

舉個例子，我們有個類A.class ,最先會找應用程序類加載器AppClassLoader 加載，AppClassLoader 會先委託擴展類加載器ExtClassLoader加載，擴展類加載器再委託引導類加載器BootClassLoader，頂層引導類加載器BootClassLoader在自己的類加載路徑裏沒找到A類，則向下退回加載A類的請求，擴展類加載器ExtClassLoader收到回覆就自己加載，在自己的類加載路徑裏找了半天也沒找到A類，又向下退回A類的加載請求給應用程序類加載器AppClassLoader ，應用程序類加載器在自己的類加載路徑裏找A類，結果找到了就自己加載了。。

源碼解析 ClassLoader#loadClass

loadClass實現了雙親委派的功能，我們有必要好好的研究一下

既然都是委託向上查找，那我們來看下應用程序類加載器AppClassLoader加載類的雙親委派機制源碼，AppClassLoader的loadClass方法最終會調用其父類ClassLoader的loadClass方法

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            
           //   檢查當前類加載器是否已經加載了該類 ,加載直接返回
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                
                    //如果當前加載器父加載器不爲空則委託父加載器加載該類
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else { 
                       //如果當前加載器父加載器爲空則委託引導類加載器加載該類
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                     
                }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    
                    //調用URLClassLoader的findClass方法在加載器的類路徑裏查找並加載該類
                    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;
        }
    }

看註釋~

總結一下幾個步驟

首先，檢查一下指定名稱的類是否已經加載過，如果加載過了，就不需要再加載，直接返回。
如果此類沒有加載過，那麼，再判斷一下是否有父加載器；如果有父加載器，則由父加載器加載（即調用parent.loadClass(name, false);）.或者是調用bootstrap類加載器來加載。
如果父加載器及bootstrap類加載器都沒有找到指定的類，那麼調用當前類加載器的findClass方法【調用URLClassLoader的findClass方法在加載器的類路徑裏查找並加載該類】來完成類加載。

雙親委派機制的優點

沙箱安全機制：比如我們自己寫的java.lang.String.class類不會被加載，這樣便可以防止核心API庫被隨意篡改
避免類的重複加載：當父親已經加載了該類時，就沒有必要子ClassLoader再加載一次，保證被加載類的唯一性

全盤負責委託機制

這個比較好理解

“全盤負責”是指當一個ClassLoder裝載一個類時，除非顯示的使用另外一個ClassLoder，該類所依賴及引用的類也由這個ClassLoder載入。

比如我們的類 A中引用了類B，由於全盤負責委託機制，類B也將有加載類A的加載器來加載，除非你顯示的使用另外一個ClassLoder。

JVM-白話聊一聊JVM類加載和雙親委派機制源碼解析

文章目錄

Java 執行代碼的大致流程

類加載loadClass的步驟

類加載器和雙親委派機制

sun.misc.Launcher源碼解析

Launcher實例化

Launcher 構造函數

雙親委派機制源碼解析

雙親委派過程

源碼解析 ClassLoader#loadClass

雙親委派機制的優點

全盤負責委託機制

JVM - 解讀GC中的 Safe Point & Safe Region

JVM - 再聊GC垃圾收集算法及垃圾收集器

JVM - 剖析Java對象頭Object Header之對象大小

JVM - CMS深度剖析

JVM - G1初探

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linux以太網驅動總結

JVM-白話聊一聊JVM類加載和雙親委派機制源碼解析

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Java 執行代碼的大致流程

類加載loadClass的步驟

類加載器和雙親委派機制

sun.misc.Launcher源碼解析

Launcher實例化

Launcher 構造函數

雙親委派機制 源碼解析

雙親委派過程

源碼解析 ClassLoader#loadClass

雙親委派機制的優點

全盤負責委託機制

雙親委派機制源碼解析