Java JVM 双亲委派（Parent Delegation）流程源码分析

本文将详细分析 Java 双亲委派机制（Parent Delegation Model） 的源码实现。为了全面理解，我会从原理、类加载器层级、关键源码方法、以及实际加载流程逐步讲解。

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双亲委派时序流程图

一、双亲委派机制原理

双亲委派机制是 JVM 类加载器的一种设计模式：

1. 每个类加载器都有一个父加载器（Parent）。

2. 当一个类加载器接到类加载请求时：

   1. 先把请求交给父加载器。
   2. 如果父加载器能加载，则直接返回类。
   3. 如果父加载器不能加载，再由当前加载器尝试加载。

3. 好处：

   • 防止类重复加载。
   • 保证核心 Java 类（如 java.lang.String）优先由 Bootstrap ClassLoader 加载，避免安全问题。

加载顺序可以概括为：

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二、Java 类加载器层级

1. Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）

   • 用 C++ 写，加载 JDK 核心类。
   • 路径：JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar（JDK9 之后是模块化 jrt:/）。

2. Extension ClassLoader（扩展类加载器）

   • Java 类：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
   • 加载 JAVA_HOME/jre/lib/ext 或系统属性 java.ext.dirs 下的 JAR。

3. Application ClassLoader（系统类加载器）

   • Java 类：sun.misc.Launcher$AppClassLoader
   • 默认加载 classpath 下的类。

4. 自定义 ClassLoader

   • 可以继承 ClassLoader，实现自定义类加载逻辑。

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三、核心源码分析

关键类：java.lang.ClassLoader

1. loadClass 方法

源码（JDK8）：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 1. 检查是否已经加载过
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                // 2. 委托给父加载器
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // Bootstrap ClassLoader
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // 父加载器找不到，当前加载器自己尝试
                c = findClass(name);
            }
        }

        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

流程解析：

1. findLoadedClass(name)

   • 检查类是否已经被加载过（缓存机制）。

2. 父加载器委派

   • 调用 parent.loadClass(name, false)，父加载器先尝试加载。

3. Bootstrap 加载器

   • 如果父加载器为 null（即 bootstrap），直接调用 findBootstrapClassOrNull(name)。

4. 子加载器自己加载

   • 父加载器无法加载时调用 findClass(name)。

5. resolveClass©

   • 解析符号引用到直接引用。

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2. findClass 方法

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

• ClassLoader 默认不实现实际加载逻辑。

• 子类（如 AppClassLoader） 会重写：

  • 从文件系统或 jar 包中加载 .class 文件。
  • 调用 defineClass 将字节码转换为 Class 对象。

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3. defineClass 方法

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)
        throws ClassFormatError {
    // 将字节码 b 转换为 Class 对象
}

• 作用：把字节数组形式的 class 文件定义为 JVM 中的类对象。
• 这是类加载器将二进制流真正变成 Class 的关键方法。

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四、完整加载流程示意

1. 应用层调用：Class.forName("com.example.MyClass")

2. AppClassLoader.loadClass

   • 调用父加载器 ExtClassLoader.loadClass
   • ExtClassLoader 再调用父加载器 BootstrapClassLoader.loadClass

3. Bootstrap 加载器加载

   • 尝试加载 rt.jar 中的核心类
   • 成功则返回
   • 失败则回退到子加载器

4. 子加载器加载

   • 调用 findClass 从 classpath 或自定义路径加载

5. 返回 Class<?> 对象

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五、源码流程图（Mermaid）

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六、源码重点总结

方法	功能
loadClass	核心方法，实现双亲委派逻辑
findLoadedClass	检查类是否已经加载过
findClass	子类重写，真正实现类加载
defineClass	将字节码转换成 JVM Class 对象
resolveClass	链接类，解析符号引用

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七、扩展

• 双亲委派打破方法

  • 自定义类加载器直接覆盖 loadClass 并不调用父加载器。
  • 用于插件热加载、隔离不同版本的类。

• 注意事项

  • Bootstrap 加载器无法直接在 Java 代码中引用。
  • 双亲委派确保 Java 核心类不会被篡改。