【深入理解Java虚拟机】虚拟机类加载机制:类加载器&双亲委派模型&沙箱安全机制

1.类与类加载器

2.类加载机制的基本特征

3.类加载器的分类

1.启动类加载器：C++实现，是虚拟机自身的一部分

2.其他所有类加载器：由Java实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

4.类加载器的介绍

4.1 启动类加载器

存放路径：<JAVA_HOME>\lib，或者是-Xbootclasspath指定的路径。（而且是虚拟机能够识别的）

实现：C/C++实现

作用：提供JVM自身所需要的类

使用方法：启动类加载器无法被Java程序直接引用。如果需要把加载请求委派给类加载器去处理，直接使用null代替即可。

4.2 扩展类加载器

存放路径：<JAVA_HOME>\lib\ext目录，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库。

实现：Java

作用：是一种Java系统类库的扩展机制，JDK的开发团队允许用户将具有通用性的类库放置在ext目录以扩展Java SE的功能。

使用方法：在程序中直接使用。

4.3 应用程序类加载器（系统类加载器）

实现：由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。

作用：负责加载用户类路径（ClassPath）上所有的类库。

是ClassLoader类中的getSystemClassLoader()方法的返回值。

使用方法：直接使用。

4.4 自定义类加载器

5.双亲委派模型

5.1 类加载器双亲委派模型

5.2 双亲委派模型的工作过程

如果一个类收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载。

5.3 实现双亲委派模型的代码

5.4 双亲委派模型的优点

1.避免类的重复加载，确保一个类的全局唯一性

Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层次关系可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了此类时，就没有必要ClassLoader再加载一次。

2.保护程序安全，防止核心API被随意篡改

5.5 双亲委派模型的缺点

检查类是否加载的委托过程是单向的，这个方式虽然从结构上说比较清晰，使各个ClassLoader的职责非常明确，但是同时会带来一个问题，即顶层的ClassLoader无法访问底层的ClassLoader所加载的类。

通常情况下，启动类加载器中的类为系统核心类，包括一些重要的系统接口，而在应用类加载器中为应用类。按照这种模式，应用类访问系统类自然是没有问题，但是系统类访问应用类就会出现问题。比如在系统类中提供了一个接口，该接口需要在应用类中得以实现，该接口还绑定一个工厂方法，用于创建该接口的实例，而接口和工厂方法都在启动类加载器中。这时，就会出现该工厂方法无法创建由应用类加载器的应用实例的问题。

6.三次双亲委派机制的破坏

6.1 第一次

第一次破坏发生在双亲委派模型出现之前（即jdk1.2）

6.2 第二次

由模型自身的缺陷导致。

线程上下文类加载器：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，它将会从父线程继承一个，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。

有了线程上下文类加载器，就可以父类加载器去请求子类加载器完成类加载。

Java 提供了很多服务提供者接口（Service Provider Interface，SPI），允许第三方为这些接口提供实现。常见的

SPI 有 JDBC、JCE、JNDI、JAXP 和 JBI 等。 这些 SPI 的接口由 Java 核心库来提供，而这些 SPI

的实现代码则是作为 Java 应用所依赖的 jar

包被包含进类路径（CLASSPATH）里。SPI接口中的代码经常需要加载具体的实现类。那么问题来了，SPI的接口是Java核心库的一部分，是由**启动类加载器(Bootstrap

Classloader)来加载的；SPI的实现类是由系统类加载器(System ClassLoader)**来加载的。引导类加载器是无法找到

SPI 的实现类的，因为依照双亲委派模型，BootstrapClassloader无法委派AppClassLoader来加载类。

而线程上下文类加载器破坏了“双亲委派模型”，可以在执行线程中抛弃双亲委派加载链模式，使程序可以逆向使用类加载器。

6.3 第三次

由用户对程序动态性的追求导致。

代码热替换

OSGI

7.沙箱安全机制

8.ClassLoader

9.JDK9的新特性