天天看点

打破双亲委派机制

java类加载器

1,Bootstrap Classloader:根类加载器,负责加载java的核心类(java.lang.*等),它不是java.lang.ClassLoader的子类,而是由JVM自身实现,c++实现,构造ExtClassLoader和APPClassLoader。

2,Extension ClassLoader:扩展类加载器,扩展类加载器的加载路径是JDK目录下jre/lib/ext,扩展类的getParent()方法返回null,实际上扩展类加载器的父类加载器是根加载器,只是根加载器并不是Java实现的。

3,System ClassLoader:系统(应用)类加载器,它负责在JVM启动时加载来自java命令的-classpath选项、java.class.path系统属性或CLASSPATH环境变量所指定的jar包和类路径。程序可以通过getSystemClassLoader()来获取系统类加载器,,如果我们没有实现自定义的类加载器那这玩意就是我们程序中的默认加载器,主要负责加载应用程序的主函数类。

双亲委派模型的工作过程

打破双亲委派机制

当一个Hello.class这样的文件要被加载时。不考虑我们自定义类加载器,首先会在AppClassLoader中检查是否加载过,如果有那就无需再加载了。如果没有,那么会拿到父加载器,然后调用父加载器的loadClass方法。父类中同理会先检查自己是否已经加载过,如果没有再往上。注意这个过程,知道到达Bootstrap classLoader之前,都是没有哪个加载器自己选择加载的。如果父加载器无法加载,会下沉到子加载器去加载,一直到最底层,如果没有任何加载器能加载,就会抛出ClassNotFoundException。

双亲委派机制代码

public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    return loadClass(name, false);
}
//              -----??-----
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
        // First, check if the class has already been loaded
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            if (c == null) {
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                c = findClass(name);
            }
        }
        return c;
}
           

为什么要设置双亲委派机制

这种设计有个好处是,如果有人想替换系统级别的类:String.java。篡改它的实现,但是在这种机制下这些系统的类已经被Bootstrap classLoader加载过了,所以并不会再去加载,从一定程度上防止了危险代码的植入。

如何打破双亲委派模型

1,自定义类加载器,重写loadClass方法;

2,使用线程上下文类加载器;

双亲委派破坏史

1,第一次破坏

由于双亲委派模型是在JDK1.2之后才被引入的,而类加载器和抽象类java.lang.ClassLoader则在JDK1.0时代就已经存在,面对已经存在的用户自定义类加载器的实现代码,Java设计者引入双亲委派模型时不得不做出一些妥协。在此之前,用户去继承java.lang.ClassLoader的唯一目的就是为了重写loadClass()方法,因为虚拟机在进行类加载的时候会调用加载器的私有方法loadClassInternal(),而这个方法唯一逻辑就是去调用自己的loadClass()。

2,第二次破坏

双亲委派模型的第二次“被破坏”是由这个模型自身的缺陷所导致的,双亲委派很好地解决了各个类加载器的基础类的同一问题(越基础的类由越上层的加载器进行加载),基础类之所以称为“基础”,是因为它们总是作为被用户代码调用的API,但世事往往没有绝对的完美。

如果基础类又要调用回用户的代码,那该么办?

一个典型的例子就是JNDI服务,JNDI现在已经是Java的标准服务,

它的代码由启动类加载器去加载(在JDK1.3时放进去的rt.jar),但JNDI的目的就是对资源进行集中管理和查找,它需要调用由独立厂商实现并部署在应用程序的ClassPath下的JNDI接口提供者的代码,但启动类加载器不可能“认识”这些代码。

为了解决这个问题,Java设计团队只好引入了一个不太优雅的设计:线程上下文类加载器(Thread Context ClassLoader)。这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContextClassLoader()方法进行设置,如果创建线程时还未设置,他将会从父线程中继承一个,如果在应用程序的全局范围内都没有设置过的话,那这个类加载器默认就是应用程序类加载器。

有了线程上下文加载器,JNDI服务就可以使用它去加载所需要的SPI代码,也就是父类加载器请求子类加载器去完成类加载的动作,这种行为实际上就是打通了双亲委派模型层次结构来逆向使用类加载器,实际上已经违背了双亲委派模型的一般性原则,但这也是无可奈何的事情。Java中所有涉及SPI的加载动作基本上都采用这种方式,例如JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等。

以JDBC加载驱动为例:

在JDBC4.0之后支持SPI方式加载java.sql.Driver的实现类。SPI实现方式为,通过ServiceLoader.load(Driver.class)方法,去各自实现Driver接口的lib的META-INF/services/java.sql.Driver文件里找到实现类的名字,通过Thread.currentThread().getContextClassLoader()类加载器加载实现类并返回实例。

驱动加载的过程大致如上,那么是在什么地方打破了双亲委派模型呢?

先看下如果不用Thread.currentThread().getContextClassLoader()加载器加载,整个流程会怎么样。

从META-INF/services/java.sql.Driver文件得到实现类名字DriverA

Class.forName(“xx.xx.DriverA”)来加载实现类

Class.forName()方法默认使用当前类的ClassLoader,JDBC是在DriverManager类里调用Driver的,当前类也就是DriverManager,它的加载器是BootstrapClassLoader。

用BootstrapClassLoader去加载非rt.jar包里的类xx.xx.DriverA,就会找不到

要加载xx.xx.DriverA需要用到AppClassLoader或其他自定义ClassLoader

最终矛盾出现在,要在BootstrapClassLoader加载的类里,调用AppClassLoader去加载实现类

3,第三次破坏

双亲委派模型的第三次“被破坏”是由于用户对程序动态性的追求导致的,这里所说的“动态性”指的是当前一些非常“热门”的名词:代码热替换、模块热部署等,简答的说就是机器不用重启,只要部署上就能用。

OSGi实现模块化热部署的关键则是它自定义的类加载器机制的实现。每一个程序模块(Bundle)都有一个自己的类加载器,当需要更换一个Bundle时,就把Bundle连同类加载器一起换掉以实现代码的热替换。在OSGi幻境下,类加载器不再是双亲委派模型中的树状结构,而是进一步发展为更加复杂的网状结构,当受到类加载请求时,OSGi将按照下面的顺序进行类搜索:

1)将java.*开头的类委派给父类加载器加载。

2)否则,将委派列表名单内的类委派给父类加载器加载。

3)否则,将Import列表中的类委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载。

4)否则,查找当前Bundle的ClassPath,使用自己的类加载器加载。

5)否则,查找类是否在自己的Fragment Bundle中,如果在,则委派给Fragment Bundle的类加载器加载。

6)否则,查找Dynamic Import列表的Bundle,委派给对应Bundle的类加载器加载。

7)否则,类加载器失败。

打破双亲委派机制代码实现

1,自己写一个类加载器。

2,重写loadclass方法。

3,重写findclass方法。

4,定义Test类。

public class Test {
  public Test(){
    System.out.println(this.getClass().getClassLoader().toString());
  }
}
           

重新定义一个继承ClassLoader的TestClassLoaderN类,它除了重写findClass方法外还重写了loadClass方法,默认的loadClass方法是实现了双亲委派机制的逻辑,即会先让父类加载器加载,当无法加载时才由自己加载。这里为了破坏双亲委派机制必须重写loadClass方法,即这里先尝试交由System类加载器加载,加载失败才会由自己加载。它并没有优先交给父类加载器,这就打破了双亲委派机制。

public class TestClassLoaderN extends ClassLoader {

  private String name;

  public TestClassLoaderN(ClassLoader parent, String name) {
    super(parent);
    this.name = name;
  }

  @Override
  public String toString() {
    return this.name;
  }

  @Override
  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    Class<?> clazz = null;
    ClassLoader system = getSystemClassLoader();
    try {
      clazz = system.loadClass(name);
    } catch (Exception e) {
      // ignore
    }
    if (clazz != null)
      return clazz;
    clazz = findClass(name);
    return clazz;
  }

  @Override
  public Class<?> findClass(String name) {

    InputStream is = null;
    byte[] data = null;
    ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
    try {
      is = new FileInputStream(new File("d:/Test.class"));
      int c = 0;
      while (-1 != (c = is.read())) {
        baos.write(c);
      }
      data = baos.toByteArray();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      try {
        is.close();
        baos.close();
      } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
    return this.defineClass(name, data, 0, data.length);
  }

  public static void main(String[] args) {
    TestClassLoaderN loader = new TestClassLoaderN(
        TestClassLoaderN.class.getClassLoader(), "TestLoaderN");
    Class clazz;
    try {
      clazz = loader.loadClass("test.classloader.Test");
      Object object = clazz.newInstance();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

}
           

如何在父加载器加载的类中,去调用子加载器去加载类?

1,jdk提供了两种方式,Thread.currentThread().getContextClassLoader()和ClassLoader.getSystemClassLoader()一般都指向AppClassLoader,他们能加载classpath中的类。

2,SPI则用Thread.currentThread().getContextClassLoader()来加载实现类,实现在核心包里的基础类调用用户代码。