談談雙親委派模型的第四次破壞-模塊化

前言

JDK9引入了Java模塊化系統(Java Platform Moudle System)來實現可配置的封裝隔離機制，同時JVM對類加載的架構也作出了調整，也就是雙親委派模型的第四次破壞。前三次破壞分別是：雙親委派模型推出以前，SPI機制，以及OSGI爲表明的熱替換機制，這裏不細說。

雙親委派模型

簡介

在JDK9引入以前，絕大多數Java程序會用下面三個類加載器進行加載

• 啓動類加載器(Bootstrap Class Loader)：由C++編寫，負責加載<JAVA_HOME>jrelib目錄下的類，例如最基本的Object，Integer，這些存在於rt.jar文件中的類，通常這些類都是Java程序的基石。
• 擴展類加載器(Extension Class Loader)：負責加載<JAVA_HOME>jrelibext目錄下的類，在JDK9以前咱們能夠將通用性的類庫放在ext目錄來擴展JAVA的功能，但實際的工程都是經過maven引入jar包依賴。而且在JDK9取消了這一類加載器，取而代之的是平臺類加載器(Platform Class Loader)，下面會對其介紹。
• 應用類加載器(Application Class Loader)：負責加載ClassPath路徑下的類，一般工程師編寫的大部分類都是由這個類加載器加載。

工做順序

解釋

若是一個ClassLoader收到了類加載的請求，他會先首先將請求委派給父類加載器完成，只有父類加載器加載不了，子加載器纔會完成加載。

<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdatbhj3zsj30hs0b1mxc.jpg" alt="雙親委派模型" style="zoom:70%;" />

源代碼

下面代碼保留了核心邏輯，並添加了註釋，主要是2個步驟

1. 若是父類加載器不爲空則用父類加載器加載
2. 父類加載器加載不成功則自己再加載

Class<?> c = findLoadedClass(name);
            //若是該類沒加載過
            if (c == null) {
                try {
                //若是有父類加載器
                    if (parent != null) {
                    //使用父類加載器加載
                        c = parent.loadClass(name, false);
                        ...
                    } 
                } 
                   if (c == null) {
                    ...
                    //父類加載器沒有加載成功則調用自身的findClass進行加載
                    c = findClass(name);
                                        ...
                }
            }

值得注意的是這裏的parent並非繼承上的父子關係，而是組合關係的父子，parent只是類加載器的一個參數。

圖示

若是以爲上面的解釋比較抽象能夠看看下面比較形象的圖示，這裏的敵人就是咱們要加載的jar包

<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdat1wvelvj30uc0e4n5c.jpg" alt="工做順序" style="zoom:57%;" />

缺點

經過上面的漫畫不言而喻，當真正的敵人來了，靠這種低效的傳達機制，怎麼可能打一場勝仗呢？

• 啓動類加載器負責加載<JAVA_HOME>jrelib目錄
• 擴展類加載器負責加載<JAVA_HOME>jrelibext目錄
• 應用類加載器負責加載ClassPath目錄。

既然一切都是各司其職，爲何不能加載類的時候一步到位呢？

經過分析JDK9的類加載器源碼，我發現最新的類加載器結構在必定程度上是緩解了這種狀況的

JDK的模塊化

在JDK9以前，JVM的基礎類之前都是在rt.jar這個包裏，這個包也是JRE運行的基石。這不只是違反了單一職責原則，一樣程序在編譯的時候會將不少無用的類也一併打包，形成臃腫。

在JDK9中，整個JDK都基於模塊化進行構建，之前的rt.jar, tool.jar被拆分紅數十個模塊，編譯的時候只編譯實際用到的模塊，同時各個類加載器各司其職，只加載本身負責的模塊。

<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdaucc9rlyj30ro0vcgrv.jpg" alt="moudle" style="zoom:40%;" />

模塊化加載源碼

Class<?> c = findLoadedClass(cn);
      if (c == null) {
         // 找到當前類屬於哪一個模塊
         LoadedModule loadedModule = findLoadedModule(cn);
         if (loadedModule != null) {
            //獲取當前模塊的類加載器
            BuiltinClassLoader loader = loadedModule.loader();
            //進行類加載
            c = findClassInModuleOrNull(loadedModule, cn);
         } else {
            // 找不到模塊信息纔會進行雙親委派
         if (parent != null) {
           c = parent.loadClassOrNull(cn);
         }
       }

上面代碼就是破壞雙親委派模型的「鐵證」，而當咱們繼續跟進findLoadedModule，會發現是根據路徑名找到對應的模塊，而維護這一數據結構的就是下面這個Map。

Map<String, LoadedModule> packageToModule
        = new ConcurrentHashMap<>(1024);

能夠看到LoadedModule裏面不只有該模塊的loader信息，還有用於描述依賴模塊，對外暴露模塊的信息的mref，LoadedModule也是模塊化實現封裝隔離機制的一塊重要實現。

<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdauzxorg6j31240pwqa7.jpg" alt="moduleMap" style="zoom:47%;" />

每個module信息都有一個BuiltinClassloader，這個類有三個子類，咱們經過源碼分析他們的父子關係

<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdavhdpd40j30x408s40s.jpg" alt="image-20200329162147803" style="zoom:47%;" />

在ClassLoaders類中能夠發現，PlatformClassLoader的parent是BootClassLoader，而AppClassLoader的parent則是PlatformClassLoader。

public class ClassLoaders {

    // the built-in class loaders
    private static final BootClassLoader BOOT_LOADER;
    private static final PlatformClassLoader PLATFORM_LOADER;
    private static final AppClassLoader APP_LOADER;

    static {
        BOOT_LOADER =
            new BootClassLoader((append != null && !append.isEmpty())
                ? new URLClassPath(append, true)
                : null);
                
        PLATFORM_LOADER = new PlatformClassLoader(BOOT_LOADER);
        ...
        APP_LOADER = new AppClassLoader(PLATFORM_LOADER, ucp);
    }
  }

結論

1. 通過破壞後的雙親委派模型更加高效，減小了不少類加載器之間沒必要要的委派操做
2. JDK9的模塊化能夠減小Java程序打包的體積，同時擁有更好的隔離線與封裝性
3. 每一個moudle擁有專屬的類加載器，程序在併發性上也會更加出色