一、类加载器
类加载器（ClassLoader），顾名思义，即加载类的东西。在我们使用一个类之前，JVM需要先将该类的字节码文件（.class文件）从磁盘、网络或其他来源加载到内存中，并对字节码进行解析生成对应的Class对象，这就是类加载器的功能。我们可以利用类加载器，实现类的动态加载。
二、类的加载机制
在Java中，采用双亲委派机制来实现类的加载。那什么是双亲委派机制？在Java Doc中有这样一段描述：
The ClassLoader class uses a delegation model to search for classes and resources. Each instance of ClassLoader has an associated parent class loader. When requested to find a class or resource, a ClassLoader instance will delegate the search for the class or resource to its parent class loader before attempting to find the class or resource itself. The virtual machine's built-in class loader, called the "bootstrap class loader", does not itself have a parent but may serve as the parent of a ClassLoader instance.
从以上描述中，我们可以总结出如下四点：
- 类的加载过程采用委托模式实现。
- 每个 ClassLoader 都有一个父加载器。
- 类加载器在加载类之前会先递归的去尝试使用父加载器加载。
- 虚拟机有一个内建的启动类加载器（bootstrap ClassLoader），该加载器没有父加载器，但是可以作为其他加载器的父加载器。
Java 提供三种类型的系统类加载器。第一种是启动类加载器，由C++语言实现，属于JVM的一部分，其作用是加载 <Java_Runtime_Home>/lib目录中的文件，并且该类加载器只加载特定名称的文件（如 rt.jar），而不是该目录下所有的文件。另外两种是 Java 语言自身实现的类加载器，包括扩展类加载器（ExtClassLoader）和应用类加载器（AppClassLoader），扩展类加载器负责加载<Java_Runtime_Home>\lib\ext目录中或系统变量 java.ext.dirs 所指定的目录中的文件。应用程序类加载器负责加载用户类路径中的文件。用户可以直接使用扩展类加载器或系统类加载器来加载自己的类，但是用户无法直接使用启动类加载器，除了这两种类加载器以外，用户也可以自定义类加载器，加载流程如下图所示：
注意：这里父类加载器并不是通过继承关系来实现的，而是采用组合实现的。
我们可以通过一段程序来验证这个过程：
public class Test {
}
public class TestMain {
public static void main(String[] args) {
ClassLoader loader = Test.class.getClassLoader();
while (loader!=null){
System.out.println(loader);
loader = loader.getParent();
}
}
}
上面程序的运行结果如下所示：
从结果我们可以看出，默认情况下，用户自定义的类使用 AppClassLoader 加载，AppClassLoader的父加载器为ExtClassLoader，但是 ExtClassLoader的父加载器却显示为空，这是什么原因呢？究其缘由，启动类加载器属于 JVM 的一部分，它不是由 Java 语言实现的，在 Java 中无法直接引用，所以才返回空。但如果是这样，该怎么实现ExtClassLoader与启动类加载器之间双亲委派机制？我们可以参考一下源码：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
从源码可以看出，ExtClassLoader和AppClassLoader都继承自 ClassLoader类，ClassLoader类中通过loadClass方法来实现双亲委派机制。整个类的加载过程可分为如下三步：
- 查找对应的类是否已经加载。
- 若未加载，则判断当前类加载器的父加载器是否为空，不为空则委托给父类去加载，否则调用启动类加载器加载（
findBootstrapClassOrNull再往下会调用一个native方法）。 - 若第二步加载失败，则调用当前类加载器加载。
通过上面这段程序，可以很清楚的看出，扩展类加载器与启动类加载器之间是如何实现委托模式的。
现在，我们再验证另一个问题。我们将刚才的Test类打成jar包，将其放置在<Java_Runtime_Home>\lib\ext目录下，然后再次运行上面的代码，结果如下：
现在，该类就不再通过AppClassLoader来加载，而是通过 ExtClassLoader来加载了。如果我们试图把jar包拷贝到<Java_Runtime_Home>\lib，尝试通过启动类加载器加载该类时，我们会发现编译器无法识别该类，因为启动类加载器除了指定目录外，还必须是特定名称的文件才能加载。
三、自定义类加载器
通常情况下，我们都是直接使用系统类加载器。但是，有的时候，我们也需要自定义类加载器。比如应用是通过网络来传输 Java 类的字节码，为保证安全性，这些字节码经过了加密处理，这时系统类加载器就无法对其进行加载，这样则需要自定义类加载器来实现。自定义类加载器一般都是继承自 ClassLoader类，从上面对loadClass方法来分析来看，我们只需要重写findClass方法即可。下面我们通过一个示例来演示自定义类加载器的流程：
package com.paddx.test.classloading;
import java.io.*;
/**
* Created by liuxp on 16/3/12.
*/
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String root;
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
byte[] classData = loadClassData(name);
if (classData == null) {
throw new ClassNotFoundException();
} else {
return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
}
}
private byte[] loadClassData(String className) {
String fileName = root + File.separatorChar
+ className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
try {
InputStream ins = new FileInputStream(fileName);
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
int bufferSize = 1024;
byte[] buffer = new byte[bufferSize];
int length = 0;
while ((length = ins.read(buffer)) != -1) {
baos.write(buffer, 0, length);
}
return baos.toByteArray();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
public String getRoot() {
return root;
}
public void setRoot(String root) {
this.root = root;
}
public static void main(String[] args) {
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
classLoader.setRoot("/Users/liuxp/tmp");
Class<?> testClass = null;
try {
testClass = classLoader.loadClass("com.paddx.test.classloading.Test");
Object object = testClass.newInstance();
System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
运行上面的程序，输出结果如下：
自定义类加载器的核心在于对字节码文件的获取，如果是加密的字节码则需要在该类中对文件进行解密。由于这里只是演示，我并未对class文件进行加密，因此没有解密的过程。这里有几点需要注意：
- 这里传递的文件名需要是类的全限定性名称，即
com.paddx.test.classloading.Test格式的，因为defineClass方法是按这种格式进行处理的。 - 最好不要重写
loadClass方法，因为这样容易破坏双亲委托模式。 - 这类
Test类本身可以被AppClassLoader类加载，因此我们不能把com/paddx/test/classloading/Test.class放在类路径下。否则，由于双亲委托机制的存在，会直接导致该类由AppClassLoader加载，而不会通过我们自定义类加载器来加载。
四、总结
双亲委派机制能很好地解决类加载的统一性问题。对一个 Class 对象来说，如果类加载器不同，即便是同一个字节码文件，生成的 Class 对象也是不等的。也就是说，类加载器相当于 Class 对象的一个命名空间。双亲委派机制则保证了基类都由相同的类加载器加载，这样就避免了同一个字节码文件被多次加载生成不同的 Class 对象的问题。但双亲委派机制仅仅是Java 规范所推荐的一种实现方式，它并不是强制性的要求。
近年来，很多热部署的技术都已不遵循这一规则，如 OSGi 技术就采用了一种网状的结构，而非双亲委派机制。
