JDBC、Tomcat为什么要破坏双亲委派模型?

本文深入探讨了Java的类加载机制,重点解析了双亲委派模型的工作原理及其优势,包括确保Java类型体系一致性和防止核心API被篡改的安全特性。同时,文章分析了JDBC和Tomcat为何需要打破这一模型,以及它们是如何实现的。

问题一:双亲委派模型是什么#

如果一个类加载器收到了加载某个类的请求,则该类加载器并不会去加载该类,而是把这个请求委派给父类加载器,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的类加载请求最终都会传送到顶端的启动类加载器;只有当父类加载器在其搜索范围内无法找到所需的类,并将该结果反馈给子类加载器,子类加载器会尝试去自己加载。

双亲委派模型的好处

这样做的好处就是: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。例如类java.lang.Object,它存放在rt.jar中,无论哪一个类加载器要加载这个类,最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载,因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反,如果没有使用双亲委派模型,由各个类加载器自行去加载的话,如果用户自己编写了一个称为java.lang.object的类,并放在程序的ClassPath中,那系统中将会出现多个不同的Object类,Java类型体系中最基础的行为也就无法保证,应用程序也将会变得一片混乱。

其次是考虑到安全因素。假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类,通过双亲委托模式传递到启动类加载器,而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类,发现该类已被加载,并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer,而直接返回已加载过的Integer.class,这样便可以防止核心API库被随意篡改。

问题二:JDBC为什么要破坏双亲委派模型#

问题背景

在JDBC 4.0之后实际上我们不需要再调用Class.forName来加载驱动程序了,我们只需要把驱动的jar包放到工程的类加载路径里,那么驱动就会被自动加载。

这个自动加载采用的技术叫做SPI,数据库驱动厂商也都做了更新。可以看一下jar包里面的META-INF/services目录,里面有一个java.sql.Driver的文件,文件里面包含了驱动的全路径名。

使用上,我们只需要通过下面一句就可以创建数据库的连接:

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Connection con =    
             DriverManager.getConnection(url , username , password ) ;   
问题解答

因为类加载器受到加载范围的限制,在某些情况下父类加载器无法加载到需要的文件,这时候就需要委托子类加载器去加载class文件。

JDBC的Driver接口定义在JDK中,其实现由各个数据库的服务商来提供,比如MySQL驱动包。DriverManager 类中要加载各个实现了Driver接口的类,然后进行管理,但是DriverManager位于 $JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar 包,由BootStrap类加载器加载,而其Driver接口的实现类是位于服务商提供的 Jar 包,根据类加载机制,当被装载的类引用了另外一个类的时候,虚拟机就会使用装载第一个类的类装载器装载被引用的类。也就是说BootStrap类加载器还要去加载jar包中的Driver接口的实现类。我们知道,BootStrap类加载器默认只负责加载 $JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar 里所有的class,所以需要由子类加载器去加载Driver实现,这就破坏了双亲委派模型。

查看DriverManager类的源码,看到在使用DriverManager的时候会触发其静态代码块,调用 loadInitialDrivers() 方法,并调用ServiceLoader.load(Driver.class) 加载所有在META-INF/services/java.sql.Driver 文件里边的类到JVM内存,完成驱动的自动加载。

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    static {
        loadInitialDrivers();
        println("JDBC DriverManager initialized");
    }

    private static void loadInitialDrivers() { AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() { public Void run() { ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class); Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator(); try{ while(driversIterator.hasNext()) { driversIterator.next(); } } catch(Throwable t) { // Do nothing } return null; } }); }
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    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) { ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); return ServiceLoader.load(service, cl); }

这个子类加载器是通过 Thread.currentThread().getContextClassLoader() 得到的线程上下文加载器。

那么这个上下文类加载器又是什么呢?

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public Launcher() {
    ...
    try { this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1); } catch (IOException var9) { throw new InternalError("Could not create application class loader", var9); } Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader); ... }

可以看到,在 sun.misc.Launcher 初始化的时候,会获取AppClassLoader,然后将其设置为上下文类加载器,所以线程上下文类加载器默认情况下就是系统加载器

问题三:Tomcat为什么要破坏双亲委派模型#

Tomcat类加载器:

Tomcat如何破坏双亲委派模型的呢?

每个Tomcat的webappClassLoader加载自己的目录下的class文件,不会传递给父类加载器。

事实上,tomcat之所以造了一堆自己的classloader,大致是出于下面三类目的:

  • 对于各个 webapp中的 class和 lib,需要相互隔离,不能出现一个应用中加载的类库会影响另一个应用的情况,而对于许多应用,需要有共享的lib以便不浪费资源。
  • 与 jvm一样的安全性问题。使用单独的 classloader去装载 tomcat自身的类库,以免其他恶意或无意的破坏;
  • 热部署。相信大家一定为 tomcat修改文件不用重启就自动重新装载类库而惊叹吧。
 
原文链接 https://www.cnblogs.com/yueshutong/p/11430885.html
延伸阅读

https://blog.csdn.net/u012129558/article/details/81540804

https://blog.csdn.net/liweisnake/article/details/8470285

 

 
 

转载于:https://www.cnblogs.com/lyc88/articles/11431383.html

<think>我们正在讨论类加载器双亲委派模型。根据引用,双亲委派模型是Java类加载机制的核心,它通过层级委托来加载类。具体来说,当一个类加载器需要加载一个类时,它首先会委托给父类加载器,这样一直递归到启动类加载器。只有当父加载器无法加载时,子加载器才会尝试自己加载。这种机制的好处是避免重复加载,并且保护核心API的安全(如引用[2]所述)。 另外,引用[4]提到双亲委派模型是基石,尽管在某些场景(如Tomcat)中会被打破。引用[5]则举例Tomcat打破了双亲委派模型,因为它需要为每个Web应用提供独立的类加载器,以实现应用隔离。 因此,我们需要详细解释类加载器的类型、双亲委派模型的工作原理、优点以及破坏双亲委派模型的场景。 回答结构如下: 1. 类加载器的作用和类型 2. 双亲委派模型的工作原理 3. 双亲委派模型的优点 4. 破坏双亲委派模型的场景(如Tomcat) 5. 总结 同时,注意引用标记,例如在提到双亲委派定义时引用[1][3],在提到优点时引用[2][4],在提到破坏时引用[5]。</think>### Java类加载器双亲委派模型详解 #### 一、类加载器的作用与类型 类加载器是JVM的核心组件,负责将`.class`字节码文件加载到内存并转换成`java.lang.Class`对象。主要分为三类: 1. **启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)** - 由C++实现,加载`JAVA_HOME/lib`下的核心库(如rt.jar) - 唯一没有父加载器的加载器 2. **扩展类加载器(Extension ClassLoader)** - 加载`JAVA_HOME/lib/ext`目录的扩展库 - 父加载器是启动类加载器 3. **应用程序类加载器(Application ClassLoader)** - 加载用户类路径(ClassPath)的类 - 父加载器是扩展类加载器 此外还可自定义类加载器(如Tomcat的WebAppClassLoader)[^5]。 #### 二、双亲委派模型工作原理 双亲委派模型是类加载的核心机制,工作流程如下: ```mermaid graph TD A[子类加载器收到加载请求] --> B{父加载器是否已加载?} B -->|是| C[直接返回Class对象] B -->|否| D[委托父加载器加载] D --> E{父加载器能否完成?} E -->|能| F[返回Class对象] E -->|不能| G[子加载器自行加载] ``` 具体步骤: 1. 类加载器收到加载请求时,先检查是否已加载过该类 2. **向上委派**:递归将请求委托给父加载器(直到Bootstrap) 3. **向下尝试**:若所有父加载器无法加载,才由发起请求的加载器处理 4. 若最终仍无法加载,抛出`ClassNotFoundException` 例如加载`java.lang.Object`时: - AppClassLoader → ExtClassLoader → BootstrapClassLoader(成功加载) - 若尝试篡改核心类,Bootstrap会优先加载原始类,阻止替换[^2]。 #### 三、双亲委派模型的优势 1. **避免重复加载** 父加载器已加载的类,子加载器不会重复加载[^2]。 2. **保护核心安全** 防止用户自定义类篡改核心API(如`java.lang.*`包)[^2]。 3. **层级隔离性** 不同层级的类加载器加载的类处于不同命名空间,避免冲突。 4. **高效性** 通过委派机制减少不必要的类加载检查。 #### 四、打破双亲委派模型的场景 尽管是Java类加载的基石,特定场景需打破该模型: 1. **SPI服务发现**(如JDBC) - 核心库接口由Bootstrap加载,但实现类需由应用加载器加载 - 通过线程上下文类加载器(Thread Context ClassLoader)实现反向委派 2. **热部署场景**(如Tomcat) - 每个Web应用使用独立的`WebAppClassLoader`[^5] - 优先加载应用内的类(而非委派给父加载器),实现应用隔离 - 不同应用可加载同名类的不同版本 3. **模块化系统**(Java 9+) - 模块化系统引入新的类加载机制,允许更细粒度的控制[^4]。 #### 五、双亲委派模型的演进方向 随着技术发展,该模型正在优化: 1. **轻量化** Project Loom虚拟线程要求类加载更高效[^4] 2. **细粒度控制** JPMS模块系统支持按模块隔离依赖 3. **容器化适配** 云原生场景下需平衡隔离性与资源开销 > 示例:Tomcat类加载器层级 > ``` > Bootstrap → System → Common → WebApp1 → WebApp2 > ``` > WebApp加载器优先加载`WEB-INF/classes`,打破委派链[^5]。 #### 总结 双亲委派模型通过层级委托机制(子→父→Bootstrap)保障了安全性、避免类重复加载,是JVM类加载的基石[^1][^3]。但在SPI、热部署等场景需打破模型,未来将向轻量化、细粒度方向演进[^4]。理解该机制对诊断类冲突、实现模块化开发至关重要。
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