前言
最近知識(shí)星球中,有位小伙伴問(wèn)了我一個(gè)問(wèn)題:JDBC為什么會(huì)破壞雙親委派機(jī)制?6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
這個(gè)問(wèn)題挺有代表性的。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
雙親委派機(jī)制是Java中非常重要的類(lèi)加載機(jī)制,它保證了類(lèi)加載的完整性和安全性,避免了類(lèi)的重復(fù)加載。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
這篇文章就跟大家一起聊聊,Java中類(lèi)加載的雙親委派機(jī)制到底是怎么回事,有哪些破壞雙親委派機(jī)制的案例,為什么要破壞雙親委派機(jī)制,希望對(duì)你會(huì)有所幫助。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
1 為什么要雙親委派機(jī)制?
我們的Java在運(yùn)行之前,首先需要把Java代碼轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼,即class文件。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
然后JVM需要把字節(jié)碼通過(guò)一定的方式加載到內(nèi)存中的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
這種方式就是類(lèi)加載器(ClassLoader)。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
再通過(guò)加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析、初始化這幾個(gè)步驟完成類(lèi)加載過(guò)程,然后再由jvm執(zhí)行引擎的解釋器和JIT即時(shí)編譯器去將字節(jié)碼指令轉(zhuǎn)換為本地機(jī)器指令進(jìn)行執(zhí)行。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
我們?cè)谑褂妙?lèi)加載器加載類(lèi)的時(shí)候,會(huì)面臨下面幾個(gè)問(wèn)題:6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
- 如何保證類(lèi)不會(huì)被重復(fù)加載?類(lèi)重復(fù)加載會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。
- 類(lèi)加載器是否允許用戶自定義?
- 如果允許用戶自定義,如何保證類(lèi)文件的安全性?
- 如何保證加載的類(lèi)的完整性?
為了解決上面的這一系列的問(wèn)題,我們必須要引入某一套機(jī)制,這套機(jī)制就是:雙親委派機(jī)制。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
2 什么是雙親委派機(jī)制?
接下來(lái),我們看看什么是雙親委派機(jī)制。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
雙親委派機(jī)制的基本思想是:當(dāng)一個(gè)類(lèi)加載器試圖加載某個(gè)類(lèi)時(shí),它會(huì)先委托給其父類(lèi)加載器,如果父類(lèi)加載器無(wú)法加載,再由當(dāng)前類(lèi)加載器自己進(jìn)行加載。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
這種層層委派的方式有助于保障類(lèi)的唯一性,避免類(lèi)的重復(fù)加載,并提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
在Java中默認(rèn)的類(lèi)加載器有3層:6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
- 啟動(dòng)類(lèi)加載器(Bootstrap Class Loader):負(fù)責(zé)加載 %JAVA_HOME%/jre/lib 目錄下的核心Java類(lèi)庫(kù),比如:rt.jar、charsets.jar等。它是最頂層的類(lèi)加載器,通常由C++編寫(xiě)。
- 擴(kuò)展類(lèi)加載器(Extension Class Loader):負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展庫(kù),一般位于<JAVA_HOME>/lib/ext目錄下。
- 應(yīng)用程序類(lèi)加載器(Application Class Loader):也稱(chēng)為系統(tǒng)類(lèi)加載器,負(fù)責(zé)加載用戶類(lèi)路徑(ClassPath)下的應(yīng)用程序類(lèi)。
用一張圖梳理一下,雙親委派機(jī)制中的3種類(lèi)加載器的層次關(guān)系:6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
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但這樣不夠靈活,用戶沒(méi)法控制,加載自己想要的一些類(lèi)。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
于是,Java中引入了自定義類(lèi)加載器。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
創(chuàng)建一個(gè)新的類(lèi)并繼承ClassLoader類(lèi),然后重寫(xiě)findClass方法。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
該方法主要是實(shí)現(xiàn)從那個(gè)路徑讀取 ar包或者.class文件,將讀取到的文件用字節(jié)數(shù)組來(lái)存儲(chǔ),然后可以使用父類(lèi)的defineClass來(lái)轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
如果想破壞雙親委派的話,就重寫(xiě)loadClass方法,否則不用重寫(xiě)。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
類(lèi)加載器的層次關(guān)系改成:6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
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雙親委派機(jī)制流程圖如下:6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
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具體流程大概是這樣的:6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
- 需要加載某個(gè)類(lèi)時(shí),先檢查自定義類(lèi)加載器是否加載過(guò),如果已經(jīng)加載過(guò),則直接返回。
- 如果自定義類(lèi)加載器沒(méi)有加載過(guò),則檢查應(yīng)用程序類(lèi)加載器是否加載過(guò),如果已經(jīng)加載過(guò),則直接返回。
- 如果應(yīng)用程序類(lèi)加載器沒(méi)有加載過(guò),則檢查擴(kuò)展類(lèi)加載器是否加載過(guò),如果已經(jīng)加載過(guò),則直接返回。
- 如果擴(kuò)展類(lèi)加載器沒(méi)有加載過(guò),則檢查啟動(dòng)類(lèi)加載器是否加載過(guò),如果已經(jīng)加載過(guò),則直接返回。
- 如果啟動(dòng)類(lèi)加載器沒(méi)有加載過(guò),則判斷當(dāng)前類(lèi)加載器能否加載這個(gè)類(lèi),如果能加載,則加載該類(lèi),然后返回。
- 如果啟動(dòng)類(lèi)加載器不能加載該類(lèi),則交給擴(kuò)展類(lèi)加載器。擴(kuò)展類(lèi)加載器判斷能否加載這個(gè)類(lèi),如果能加載,則加載該類(lèi),然后返回。
- 如果擴(kuò)展類(lèi)加載器不能加載該類(lèi),則交給應(yīng)用程序類(lèi)加載器。應(yīng)用程序類(lèi)加載器判斷能否加載這個(gè)類(lèi),如果能加載,則加載該類(lèi),然后返回。
- 如果應(yīng)用程序類(lèi)加載器不能加載該類(lèi),則交給自定義類(lèi)加載器。自定義類(lèi)加載器判斷能否加載這個(gè)類(lèi),如果能加載,則加載該類(lèi),然后返回。
- 如果自定義類(lèi)加載器,也無(wú)法加載這個(gè)類(lèi),則直接拋ClassNotFoundException異常。
這樣做的好處是:6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
- 保證類(lèi)不會(huì)重復(fù)加載。加載類(lèi)的過(guò)程中,會(huì)向上問(wèn)一下是否加載過(guò),如果已經(jīng)加載了,則不會(huì)再加載,這樣可以保證一個(gè)類(lèi)只會(huì)被加載一次。
- 保證類(lèi)的安全性。核心的類(lèi)已經(jīng)被啟動(dòng)類(lèi)加載器加載了,后面即使有人篡改了該類(lèi),也不會(huì)再加載了,防止了一些有危害的代碼的植入。
3 破壞雙親委派機(jī)制的場(chǎng)景
既然Java中引入了雙親委派機(jī)制,為什么要破壞它呢?6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
答:因?yàn)樗幸恍┤秉c(diǎn)。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
下面給大家列舉一下,破壞雙親委派機(jī)制最常見(jiàn)的場(chǎng)景。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
3.1 JNDI
JNDI是Java中的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù),它的代碼由啟動(dòng)類(lèi)加載器去加載。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
但JNDI要對(duì)資源進(jìn)行集中管理和查找,它需要調(diào)用由獨(dú)立廠商在應(yīng)用程序的ClassPath下的實(shí)現(xiàn)了JNDI接口的代碼,但啟動(dòng)類(lèi)加載器不可能“認(rèn)識(shí)”這些外部代碼。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
為了解決這個(gè)問(wèn)題,Java后來(lái)引入了線程上下文類(lèi)加載器(Thread Context ClassLoader)。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
這個(gè)類(lèi)加載器可以通過(guò)java.lang.Thread類(lèi)的setContextClassLoader()方法進(jìn)行設(shè)置。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
如果創(chuàng)建線程時(shí)沒(méi)有設(shè)置,他將會(huì)從父線程中繼承一個(gè),如果在應(yīng)用程序的全局范圍內(nèi)都沒(méi)有設(shè)置過(guò)的話,那這個(gè)類(lèi)加載器默認(rèn)就是應(yīng)用程序類(lèi)加載器。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
有了線程上下文加載器,JNDI服務(wù)就可以使用它去加載所需要的SPI代碼,也就是父類(lèi)加載器請(qǐng)求子類(lèi)加載器去完成類(lèi)加載的動(dòng)作,這樣就打破了雙親委派機(jī)制。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
3.2 JDBC
原生的JDBC中Driver驅(qū)動(dòng)本身只是一個(gè)接口,并沒(méi)有具體的實(shí)現(xiàn),具體的實(shí)現(xiàn)是由不同數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型去實(shí)現(xiàn)的。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
例如,MySQL的mysql-connector.jar中的Driver類(lèi)具體實(shí)現(xiàn)的。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
原生的JDBC中的類(lèi)是放在rt.jar包,是由啟動(dòng)類(lèi)加載器進(jìn)行類(lèi)加載的。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
在JDBC中需要?jiǎng)討B(tài)去加載不同數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型的Driver實(shí)現(xiàn)類(lèi),而mysql-connector.jar中的Driver實(shí)現(xiàn)類(lèi)是用戶自己寫(xiě)的代碼,啟動(dòng)類(lèi)加載器肯定是不能加載的,那就需要由應(yīng)用程序啟動(dòng)類(lèi)去進(jìn)行類(lèi)加載。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
為了解決這個(gè)問(wèn)題,也可以使用線程上下文類(lèi)加載器(Thread Context ClassLoader)。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
3.3 Tomcat容器
Tomcat是Servlet容器,它負(fù)責(zé)加載Servlet相關(guān)的jar包。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
此外,Tomcat本身也是Java程序,也需要加載自身的類(lèi)和一些依賴(lài)jar包。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
這樣就會(huì)帶來(lái)下面的問(wèn)題:6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
- 一個(gè)Tomcat容器下面,可以部署多個(gè)基于Servlet的Web應(yīng)用,但如果這些Web應(yīng)用下有同名的Servlet類(lèi),又不能產(chǎn)生沖突,需要相互獨(dú)立加載和運(yùn)行才行。
- 但如果多個(gè)Web應(yīng)用,使用了相同的依賴(lài),比如:SpringBoot、Mybatis等。這些依賴(lài)包所涉及的文件非常多,如果全部都獨(dú)立,可能會(huì)導(dǎo)致JVM內(nèi)存不足。也就是說(shuō),有些公共的依賴(lài)包,最好能夠只加載一次。
- 我們還需要將Tomcat本身的類(lèi),跟Web應(yīng)用的類(lèi)隔離開(kāi)。
這些原因?qū)е拢琓omcat沒(méi)有辦法使用傳統(tǒng)的雙親委派機(jī)制加載類(lèi)了。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
那么,Tomcat加載類(lèi)的機(jī)制是怎么樣的?6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
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- CommonClassLoader:是Tomcat最基本的類(lèi)加載器,它加載的類(lèi)可以被Tomcat容器和Web應(yīng)用訪問(wèn)。
- CatalinaClassLoader:是Tomcat容器私有的類(lèi)加載器,加載類(lèi)對(duì)于Web應(yīng)用不可見(jiàn)。
- SharedClassLoader:各個(gè)Web應(yīng)用共享的類(lèi)加載器,加載的類(lèi)對(duì)于所有Web應(yīng)用可見(jiàn),但是對(duì)于Tomcat容器不可見(jiàn)。
- WebAppClassLoader:各個(gè)Web應(yīng)用私有的類(lèi)加載器,加載類(lèi)只對(duì)當(dāng)前Web應(yīng)用可見(jiàn)。比如不同war包應(yīng)用引入了不同的Spring版本,這樣能加載各自的Spring版本,相互隔離。
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3.4 熱部署
由于用戶對(duì)程序動(dòng)態(tài)性的追求,比如:代碼熱部署、代碼熱替換等功能,引入了OSGi(Open Service Gateway Initiative)。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
OSGi中的每一個(gè)模塊(稱(chēng)為Bundle)。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
當(dāng)程序升級(jí)或者更新時(shí),可以只停用、重新安裝然后啟動(dòng)程序的其中一部分,對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)這是一個(gè)非常誘人的功能。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
OSGi的Bundle類(lèi)加載器之間只有規(guī)則,沒(méi)有固定的委派關(guān)系。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
各個(gè)Bundle加載器是平級(jí)關(guān)系。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
不是雙親委派關(guān)系。6NR28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
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