请解释Java类加载机制与双亲委派模型，并说明如何打破该模型

题目

请解释Java类加载机制与双亲委派模型，并说明如何打破该模型

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

类加载过程,双亲委派模型,自定义类加载器

快速回答

核心要点：

• 类加载分为加载、验证、准备、解析、初始化5个阶段
• 双亲委派模型要求类加载器优先委派父类加载器处理
• 打破双亲委派需重写loadClass()方法
• 常见应用场景：OSGi、Tomcat容器、SPI机制

一、类加载机制原理

JVM加载类的5个阶段：

1. 加载：查找字节码并创建Class对象
2. 验证：检查字节码安全性（如魔数校验）
3. 准备：为静态变量分配内存并赋默认值
4. 解析：将符号引用转为直接引用
5. 初始化：执行静态代码块和静态变量赋值

// 示例：类初始化顺序
public class LoadDemo {
    static int value = 10; // 准备阶段赋0，初始化阶段赋10
    static { System.out.println("Initializing"); }
}

二、双亲委派模型

工作流程：

1. 类加载器收到请求后不立即加载
2. 递归委派给父类加载器处理
3. 父加载器无法完成时（如ClassNotFoundException），子加载器才尝试加载

类加载器层次：

• Bootstrap ClassLoader（加载JRE/lib核心库）
• Extension ClassLoader（加载JRE/lib/ext扩展库）
• Application ClassLoader（加载classpath应用类）
• 自定义ClassLoader（用户扩展）

优点：

• 避免重复加载，确保核心类安全
• 防止用户替换java.lang.Object等核心类

缺点：

• 顶层加载器无法访问底层加载的类（如JDBC驱动加载问题）
• 灵活性受限（如热部署场景）

三、打破双亲委派模型

实现方式：重写loadClass()方法

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) {
        // 1. 检查自定义路径
        if (name.startsWith("com.myapp")) {
            return findClass(name); // 自主加载
        }
        // 2. 其他类仍用双亲委派
        return super.loadClass(name, resolve);
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) {
        // 从自定义位置读取字节码
        byte[] bytes = loadBytesFromCustomPath(name);
        return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
    }
}

应用场景：

• Tomcat：Web应用隔离（每个WebApp有自己的类加载器）
• SPI机制：JDBC驱动加载使用线程上下文类加载器（ThreadContextClassLoader）
• OSGi：模块化热部署

四、最佳实践与常见错误

最佳实践：

• 优先使用默认委派机制保障安全
• 自定义类加载器应指定父加载器（避免内存泄漏）
• SPI场景使用ServiceLoader+线程上下文加载器

常见错误：

• 未正确隔离导致类冲突（如两个WebApp使用不同版本库）
• 自定义加载器未覆盖findClass()导致ClassNotFoundException
• 破坏委派后未处理类依赖关系

五、扩展知识

• 模块化系统：Java 9+的Module Layer提供新隔离机制
• 类卸载条件：Class对象无引用 + 对应加载器可回收
• 调试技巧：-verbose:class参数查看加载过程