双亲委派模型如何保证类加载的安全性？

双亲委派模型是Java中的一种类加载机制，它通过优先使用父类加载器来加载类，从而保证了类加载的顺序和安全性。在Java应用程序中，通常会涉及多个类及其加载器，因此采用双亲委派模型是很有必要的。下面我们将详细讲解该模型如何保证类加载的安全性，包括以下几个方面：

一、双亲委派模型的原理

1.1 类加载器的层次结构

在Java中，类加载器以一种层次结构的形式呈现。这个层次结构由多个类加载器组成，通常包括三个层次：引导类加载器（bootstrap class loader）、扩展类加载器（extension class loader）和系统类加载器（system class loader）。其中，引导类加载器位于最顶层，它是JVM自带的加载器，用于加载JRE中的核心类库。扩展类加载器和系统类加载器则位于下一级，它们分别用于加载JRE扩展目录中的类和应用程序类。

1.2 双亲委派模型的作用

双亲委派模型是指在类加载过程中，子类加载器会优先委托给父类加载器加载类，如果父类加载器无法加载，则交由子类加载器自行加载，这样最终的类加载器会依次向上委派加载类，直到达到顶层的引导类加载器为止。这种委派方式可以有效地避免类重复加载和类污染等问题，保证了类加载的安全性。

1.3 双亲委派模型的流程

当应用程序需要加载某个类时，首先由系统类加载器（或称应用程序类加载器）尝试加载该类，如果该类在系统类路径下能够找到，就直接返回该类的Class对象；否则，系统类加载器将类的加载请求委派给扩展类加载器，如果扩展类加载器也找不到该类，则继续向上委派给引导类加载器，如果引导类加载器也找不到该类，则会抛出ClassNotFoundException异常。

二、双亲委派模型的使用攻略

2.1 继承ClassLoader类并重写findClass()方法

为了使用双亲委派模型，我们需要自定义一个类加载器，并继承ClassLoader类。在该类加载器中，我们需要重写findClass()方法来实现类的加载。在findClass()方法中，我们首先尝试从父类加载器中查找该类，如果找到则返回；否则，我们自行加载该类。

以下是一个示例，其中MyClassLoader类继承自ClassLoader类，通过重写findClass()方法来实现自定义类加载器，并用Test类测试了一下自定义加载器是否起作用：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Class<?> clazz = null;
        // 尝试从父类加载器中查找该类
        try {
            clazz = super.findClass(name);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            System.out.println("父类加载器中找不到该类：" + name);
        }

        if (clazz == null) {
            System.out.println("自行加载该类：" + name);
            byte[] data = getClassData(name);
            if (data == null) {
                throw new ClassNotFoundException();
            } else {
                clazz = defineClass(name, data, 0, data.length);
            }
        }

        return clazz;
    }

    // 模拟从文件、网络等来源获取类的字节码
    private byte[] getClassData(String name) {
        // ...
    }

}

// 测试自定义加载器的使用
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
        Class<?> clazz = classLoader.loadClass("myTest.Test");
        Object obj = clazz.newInstance();
        // ...
    }
}

2.2 双亲委派模型的类加载顺序

在双亲委派模型中，类加载的顺序依次是：应用程序类加载器 → 扩展类加载器 → 引导类加载器。我们可以通过以下代码来验证类加载的顺序：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();

        // 查看系统类加载器及其父类加载器
        while (systemClassLoader != null) {
            System.out.println(systemClassLoader);
            systemClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        }
    }
}

输出结果如下：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@14b7458a
null

2.3 模拟类重复加载和类污染

双亲委派模型可以有效避免类重复加载和类污染等问题。我们可以通过以下代码来模拟类重复加载和类污染问题：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 定义双亲委派模型的类加载器
        ClassLoader classLoader1 = new MyClassLoader();
        ClassLoader classLoader2 = new MyClassLoader();

        // 从不同的加载器中加载类
        Class<?> clazzA = classLoader1.loadClass("myTest.Test");
        Class<?> clazzB = classLoader2.loadClass("myTest.Test");

        // 输出类信息及其加载器信息
        System.out.println(clazzA.getName() + "@" + clazzA.getClassLoader());
        System.out.println(clazzB.getName() + "@" + clazzB.getClassLoader());
        System.out.println(clazzA == clazzB); // false
    }
}

在该示例中，我们用两个不同的自定义类加载器来加载同一个类myTest.Test，结果发现这两个类的Class对象不相等。这说明在双亲委派模型下，同一个类只会被加载一次，不会因为不同的类加载器而重复加载，确保了类的唯一性和安全性。

另外，我们可以通过修改类加载器的父子关系来模拟类污染问题。在以下示例中，我们定义了三个类加载器：系统类加载器、自定义类加载器MyClassLoaderA、自定义类加载器MyClassLoaderB，在系统类加载器中将MyClassLoaderB设置为MyClassLoaderA的父类加载器，然后在MyClassLoaderA中加载一个类myTest.Test，在MyClassLoaderB中尝试加载该类。结果我们发现，尽管MyClassLoaderB不含有该类，但由于它的父类加载器MyClassLoaderA曾经加载过该类，因此MyClassLoaderB也会认为自己已经加载了该类，并返回这个错误的Class对象，从而导致类污染。

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 定义双亲委派模型的类加载器
        ClassLoader classLoaderA = new MyClassLoaderA();
        ClassLoader classLoaderB = new MyClassLoaderB();

        // 修改类加载器的父子关系
        ((MyClassLoaderB) classLoaderB).setParent(classLoaderA);

        // 在MyClassLoaderA中加载类
        Class<?> clazzA = classLoaderA.loadClass("myTest.Test");
        System.out.println(clazzA.getName() + "@" + clazzA.getClassLoader());

        // 在MyClassLoaderB中尝试加载该类
        Class<?> clazzB = classLoaderB.loadClass("myTest.Test");
        System.out.println(clazzB.getName() + "@" + clazzB.getClassLoader());
        System.out.println(clazzA == clazzB); // true
    }
}

以上就是关于双亲委派模型如何保证类加载的安全性的完整使用攻略，通过阅读本文，你应该对这种机制有了更深入的理解，同时也掌握了如何实现和使用该模型的技巧。