请解释双亲委派模型的工作原理及其在类加载中的作用

题目

请解释双亲委派模型的工作原理及其在类加载中的作用

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

类加载机制,双亲委派模型,类加载器

快速回答

双亲委派模型是JVM类加载的核心机制：

• 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
• 确保核心类库安全性和类加载的唯一性
• 避免重复加载和恶意替换核心类

一、工作原理图解

类加载请求的处理流程：

1. 子加载器收到加载请求
2. 立即委派给父加载器（递归执行）
3. 从Bootstrap加载器开始逐级向下尝试加载
4. 当父加载器反馈无法加载时，子加载器才执行加载

┌─────────────────┐
│  Application    │
│  ClassLoader    │
└────────▲────────┘
         │
┌────────┴────────┐
│  Extension      │
│  ClassLoader    │
└────────▲────────┘
         │
┌────────┴────────┐
│  Bootstrap      │
│  ClassLoader    │
└─────────────────┘

二、核心作用

• 安全性保障：防止核心JDK类（如java.lang.String）被篡改
• 避免重复加载：确保类在JVM中的唯一性（相同全限定名类只加载一次）
• 沙箱隔离：不同加载器加载的类形成独立命名空间

三、代码示例：自定义类加载器

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) {
        // 1. 先调用父类加载器（双亲委派核心实现）
        try {
            return super.findClass(name);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // 2. 父类无法加载时执行自定义加载
            byte[] bytes = loadClassData(name);
            return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
        }
    }

    private byte[] loadClassData(String className) {
        // 自定义加载逻辑（如从网络/加密文件加载）
    }
}

四、打破双亲委派模型

场景：需要加载不同版本库（如Tomcat热部署）

实现方式：

• 重写loadClass()方法（不调用父加载器）
• 使用线程上下文类加载器（Thread Context ClassLoader）

// 示例：Tomcat的WebappClassLoader
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) {
    // 1. 检查本地已加载类
    // 2. 对于非核心类直接自行加载（打破委派）
    // 3. 核心类仍委派给父加载器
}

五、常见错误

• ClassCastException：不同类加载器加载的相同类被视为不同类
• NoClassDefFoundError：父加载器加载的类访问子加载器的类
• 内存泄漏：未正确卸载类加载器导致PermGen/Metaspace溢出

六、最佳实践

• 优先使用默认委派机制，非必要不打破模型
• 自定义加载器应严格隔离非信任代码
• 热部署场景使用独立类加载器并控制生命周期

七、扩展知识

• 模块化系统（JPMS）：Java 9+ 的模块化对双亲委派进行了增强
• ServiceLoader机制：利用上下文类加载器实现SPI
• OSGi：更灵活的类加载架构（网状委派）