谈谈双亲委派模型的第四次破坏-模块化
前言
JDK9引入了Java模块化系统(Java Platform Module System)来实现可配置的封装隔离机制，同时JVM对类加载的架构也做出了调整，也就是双亲委派模型的第四次破坏。前三次破坏分别是：双亲委派模型推出之前，SPI机制，以及OSGI为代表的热替换机制，这里不细说。
双亲委派模型
简介
在JDK9引入之前，绝大多数Java程序会用下面三个类加载器进行加载
- 启动类加载器(Bootstrap Class Loader)：由C++编写，负责加载<JAVA_HOME>\jre\lib目录下的类，例如最基本的Object，Integer，这些存在于rt.jar文件中的类，一般这些类都是Java程序的基石。
- 扩展类加载器(Extension Class Loader)：负责加载<JAVA_HOME>\jre\lib\ext目录下的类，在JDK9之前我们可以将通用性的类库放在ext目录来扩展JAVA的功能，但实际的工程都是通过maven引入jar包依赖。并且在JDK9取消了这一类加载器，取而代之的是平台类加载器(Platform Class Loader)，下面会对其介绍。
- 应用类加载器(Application Class Loader)：负责加载ClassPath路径下的类，通常工程师编写的大部分类都是由这个类加载器加载。
工作顺序
解释
如果一个ClassLoader收到了类加载的请求，他会先首先将请求委派给父类加载器完成，只有父类加载器加载不了，子加载器才会完成加载。
<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdatbhj3zsj30hs0b1mxc.jpg" alt="双亲委派模型" style="zoom:70%;" />
源代码
下面代码保留了核心逻辑，并添加了注释，主要是2个步骤
- 如果父类加载器不为空则用父类加载器加载
- 父类加载器加载不成功则本身再加载
Class<?> c = findLoadedClass(name);
//如果该类没加载过
if (c == null) {
try {
//如果有父类加载器
if (parent != null) {
//使用父类加载器加载
c = parent.loadClass(name, false);
...
}
}
if (c == null) {
...
//父类加载器没有加载成功则调用自身的findClass进行加载
c = findClass(name);
...
}
}
值得注意的是这里的parent并不是继承上的父子关系，而是组合关系的父子，parent只是类加载器的一个参数。
图示
如果觉得上面的解释比较抽象可以看看下面比较形象的图示，这里的敌人就是我们要加载的jar包
<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdat1wvelvj30uc0e4n5c.jpg" alt="工作顺序" style="zoom:57%;" />
缺点
通过上面的漫画不言而喻，当真正的敌人来了，靠这种低效的传达机制，怎么可能打一场胜仗呢？
- 启动类加载器负责加载<JAVA_HOME>\jre\lib目录
- 扩展类加载器负责加载<JAVA_HOME>\jre\lib\ext目录
- 应用类加载器负责加载ClassPath目录。
既然一切都是各司其职，为什么不能加载类的时候一步到位呢？
通过分析JDK9的类加载器源码，我发现最新的类加载器结构在一定程度上是缓解了这种情况的
JDK的模块化
在JDK9之前，JVM的基础类以前都是在rt.jar这个包里，这个包也是JRE运行的基石。这不仅是违反了单一职责原则，同样程序在编译的时候会将很多无用的类也一并打包，造成臃肿。
在JDK9中，整个JDK都基于模块化进行构建，以前的rt.jar, tool.jar被拆分成数十个模块，编译的时候只编译实际用到的模块，同时各个类加载器各司其职，只加载自己负责的模块。
<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdaucc9rlyj30ro0vcgrv.jpg" alt="moudle" style="zoom:40%;" />
模块化加载源码
Class<?> c = findLoadedClass(cn);
if (c == null) {
// 找到当前类属于哪个模块
LoadedModule loadedModule = findLoadedModule(cn);
if (loadedModule != null) {
//获取当前模块的类加载器
BuiltinClassLoader loader = loadedModule.loader();
//进行类加载
c = findClassInModuleOrNull(loadedModule, cn);
} else {
// 找不到模块信息才会进行双亲委派
if (parent != null) {
c = parent.loadClassOrNull(cn);
}
}
上面代码就是破坏双亲委派模型的“铁证”，而当我们继续跟进findLoadedModule，会发现是根据路径名找到对应的模块，而维护这一数据结构的就是下面这个Map。
Map<String, LoadedModule> packageToModule
= new ConcurrentHashMap<>(1024);
可以看到LoadedModule里面不仅有该模块的loader信息，还有用于描述依赖模块，对外暴露模块的信息的mref，LoadedModule也是模块化实现封装隔离机制的一块重要实现。
<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdauzxorg6j31240pwqa7.jpg" alt="moduleMap" style="zoom:47%;" />
每一个module信息都有一个BuiltinClassloader，这个类有三个子类，我们通过源码分析他们的父子关系
<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/00831rSTly1gdavhdpd40j30x408s40s.jpg" alt="image-20200329162147803" style="zoom:47%;" />
在ClassLoaders类中可以发现，PlatformClassLoader的parent是BootClassLoader，而AppClassLoader的parent则是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);
}
}
结论
- 经过破坏后的双亲委派模型更加高效，减少了很多类加载器之间不必要的委派操作
- JDK9的模块化可以减少Java程序打包的体积，同时拥有更好的隔离线与封装性
- 每个module拥有专属的类加载器，程序在并发性上也会更加出色
