详解JVM双亲委派机制

前言

Java虚拟机（JVM）是一种能够执行Java字节码的虚拟机，它是Java平台的核心部分之一。在Java平台中，类的加载、验证、解析、初始化等操作都是由JVM来完成的。而JVM在执行这些操作时，会采用一种称为“双亲委派机制”的策略来保证Java程序的安全性和稳定性。下面，我们将详细讲解这种机制的实现原理和作用。

双亲委派机制的定义

双亲委派机制，顾名思义，是指当一个Java类使用其它类时，JVM会首先到父类加载器中查找被使用的类，如果父类加载器找到了该类，则直接返回其引用；如果父类加载器没有找到该类，则将该请求委派给子类加载器进行处理，如果子类加载器仍没有找到，则再将请求委派给父类加载器的父类加载器，依次递归，直到找到类为止，或者一直递归到Bootstrap ClassLoader（启动类加载器），如果最终仍然没有找到该类，则抛出ClassNotFoundException异常。

双亲委派机制的作用

双亲委派机制一方面保证了Java程序的稳定性和安全性，另一方面使得Java类库的重用成为可能。由于类的加载是由父类加载器完成的，因此同一个类在不同的类加载器中只会被加载一次，从而避免了类的重复加载，节省了内存空间。

双亲委派机制的实现原理

双亲委派机制的实现原理可以分为三个步骤：

1. 当一个Java类需要被加载时，首先由当前线程的类加载器来查找该类是否已经被加载过了，如果已经加载过了，则直接返回其Class对象，如果没有加载过，则进行下一步。

2. 调用父类加载器的loadClass()方法来尝试加载该类，如果父类加载器找到了该类，则直接返回其Class对象，如果父类加载器没有找到，则进行下一步。

3. 调用Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）的loadClass()方法来尝试加载该类，如果启动类加载器找到了该类，则直接返回其Class对象，如果启动类加载器没有找到该类，则抛出ClassNotFoundException异常。

示例说明

下面我们通过两个示例来说明双亲委派机制的应用和效果：

示例一：自定义ClassLoader

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        if (name.startsWith("java.")) {
            return super.loadClass(name);
        }
        String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
        InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
        if (is == null) {
            return super.loadClass(name);
        }
        try {
            byte[] bytes = new byte[is.available()];
            is.read(bytes);
            return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
        } catch (IOException e) {
            throw new ClassNotFoundException(name);
        }
    }
}

MyClassLoader是一个自定义ClassLoader，它会优先使用父类加载器来加载类，如果父类加载器没有加载成功，则再使用自己来加载类。在本例中，如果要加载的类的类名以"java."开头，则直接使用父类加载器来加载；否则，会先尝试从当前类路径中查找该类的字节码文件，如果找不到，则使用父类加载器加载。这样就可以实现Java程序中的隔离和安全。如果在程序中使用MyClassLoader来加载文件，那么所有的类都是在MyClassLoader的范围内加载，从而可以避免Java程序中的不必要干扰。

示例二：单例模式

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

Singleton是一个单例模式的实现，它只会创建一个实例并返回。在Java程序中，由于所有的类都是被启动类加载器Bootstrap ClassLoader所加载的，因此可以通过反射来破坏Singleton的单例性。但是，如果采用双亲委派机制，将Singleton的实现放到一个自定义的ClassLoader中，则可以保证Singleton的单例性不被破坏。这是因为，如果要破坏Singleton的单例性，则需要同样的类对象，而由于自定义ClassLoader和启动类加载器是互相独立的，它们不会加载同样的类，从而保证了Singleton的单例性不被破坏。