Java类加载机制与双亲委派模型解析

题目

Java类加载机制与双亲委派模型解析

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

Java类加载机制分为加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。双亲委派模型工作原理：

• 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尝试加载
• 加载器层次：Bootstrap → Extension → Application → Custom

核心作用：

• 避免重复加载，确保类唯一性
• 防止核心API被篡改（安全机制）
• 保证Java程序稳定运行

一、类加载机制完整流程

JVM加载类的生命周期包含五个阶段：

1. 加载（Loading）：查找字节码文件并创建Class对象
2. 验证（Verification）：检查字节码安全性（文件格式、元数据等）
3. 准备（Preparation）：为静态变量分配内存并赋默认值（如int=0）
4. 解析（Resolution）：将符号引用转换为直接引用
5. 初始化（Initialization）：执行静态代码块和静态变量赋值

注意：解析阶段可能在初始化之后发生（支持动态绑定）

二、双亲委派模型工作原理

// 类加载器加载逻辑伪代码
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 1. 检查是否已加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                // 2. 委托父加载器
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // 3. 父加载器为null表示Bootstrap加载器
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {}

            // 4. 父加载器无法完成时自行加载
            if (c == null) {
                c = findClass(name);
            }
        }
        return c;
    }
}

加载器层次结构：

• Bootstrap ClassLoader：加载JRE/lib核心库（C++实现）
• Extension ClassLoader：加载JRE/lib/ext扩展库
• Application ClassLoader：加载classpath用户类
• Custom ClassLoader：用户自定义加载器

三、双亲委派模型的核心作用

• 避免类重复加载：父加载器已加载的类，子加载器不会重复加载
• 保护核心API：防止用户自定义java.lang.Object等核心类
• 安全隔离：不同加载器加载的类被视为不同组件

四、破坏双亲委派的场景

• SPI机制：JDBC等服务接口由Bootstrap加载，实现类需反向委派（使用线程上下文加载器）
• 热部署：OSGi模块化系统为每个Bundle创建独立加载器
• 自定义加载需求：Tomcat为每个Web应用创建WebappClassLoader

五、最佳实践与常见错误

最佳实践：

• 自定义加载器应重写findClass()而非loadClass()
• 需要隔离加载环境时（如插件系统）才使用自定义加载器
• SPI场景使用Thread.currentThread().getContextClassLoader()

常见错误：

• 循环依赖导致ClassCircularityError
• 不同加载器加载的类强制转换失败（ClassCastException）
• 未考虑父加载器缓存导致重复加载

六、扩展知识：类卸载条件

• 该类所有实例已被GC
• 加载该类的ClassLoader实例已被GC
• 该类对应的java.lang.Class对象无引用

注意：由Bootstrap加载器加载的类通常不会被卸载