请解释JVM类加载机制中的双亲委派模型，并说明如何自定义类加载器打破该模型

题目

请解释JVM类加载机制中的双亲委派模型，并说明如何自定义类加载器打破该模型

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

类加载机制,双亲委派模型,自定义类加载器

快速回答

双亲委派模型的核心机制是：

• 类加载请求优先委派给父加载器处理
• 父加载器无法完成时才由子加载器自行加载
• 通过层级委托避免核心类被篡改

自定义类加载器打破模型的关键步骤：

1. 继承ClassLoader类
2. 重写findClass()方法
3. 在loadClass()中绕过父加载器检查

一、双亲委派模型原理

JVM类加载采用层级委托机制：

• 加载流程：
  1. 子加载器收到请求后先委托父加载器
  2. 父加载器尝试加载，失败则返回
  3. 子加载器调用findClass()自行加载
• 层级结构：
  BootstrapClassLoader → ExtClassLoader → AppClassLoader → 自定义ClassLoader
• 核心目的：
  • 避免核心类（如java.lang.Object）被重复加载
  • 防止用户伪造核心类库
  • 保证类加载的全局唯一性

二、自定义类加载器实现

打破双亲委派的示例代码：

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    private String classPath;

    public CustomClassLoader(String classPath) {
        this.classPath = classPath;
    }

    // 打破双亲委派：直接自行加载
    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 1. 先检查是否已加载
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                // 2. 绕过父加载器，直接尝试自定义加载
                if (!name.startsWith("java.")) { // 排除核心类
                    c = findClass(name);
                }
                // 3. 核心类仍走双亲委派
                if (c == null) {
                    c = super.loadClass(name, resolve);
                }
            }
            return c;
        }
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] data = loadClassData(name);
        return defineClass(name, data, 0, data.length);
    }

    private byte[] loadClassData(String className) {
        // 从指定路径读取.class文件（此处省略具体IO操作）
        return ...;
    }
}

三、关键机制说明

四、应用场景与最佳实践

• 典型场景：
  • 热部署（如Tomcat reload应用）
  • 模块化加载（OSGi框架）
  • 加密类文件解密加载
• 最佳实践：
  • 非必要不打破双亲委派
  • 隔离加载时使用不同ClassLoader实例
  • 注意资源释放防止内存泄漏

五、常见错误

• 类转换异常：
  java.lang.ClassCastException: com.Foo cannot be cast to com.Foo
  原因：不同类加载器加载的相同全限定名类，JVM视为不同类
• 资源冲突：自定义加载器未正确覆盖findResource()导致资源加载失败
• 内存泄漏：持有ClassLoader引用导致类无法卸载

六、扩展知识

• 破坏双亲委派的实际案例：
  • JDBC通过Thread.currentThread().setContextClassLoader()加载驱动
  • Tomcat为每个Web应用创建独立的WebappClassLoader
• 类卸载条件：
  1. 无该类的实例
  2. 无该类的ClassLoader引用
  3. 无该类的Class对象引用