类加载器

1. 类加载器的介绍

类加载器（Class Loader）是 JVM 的重要组成部分，负责将 Java 类文件（.class 文件）加载到 JVM 中，并在运行时动态加载类。类加载器通过双亲委派模型工作，确保类的唯一性和安全性。以下是类加载器的详细说明： HSV

双亲委派模型

双亲委派模型是类加载器的工作机制，确保类的唯一性和安全性。其工作流程如下：

当一个类加载器收到加载类的请求时，它首先不会自己尝试加载，而是将请求委派给父类加载器。
父类加载器会递归地将请求向上委派，直到启动类加载器。
如果父类加载器无法加载该类（例如在指定的路径中找不到类），子类加载器才会尝试自己加载。

优点

避免重复加载：确保一个类只会被加载一次，防止类的重复加载。
安全性：防止核心类库被篡改（例如用户自定义一个 java.lang.String 类，由于双亲委派机制，核心类库中的 String 类会被优先加载）。

2. 类加载器的作用

加载类文件：将.class 文件从磁盘或网络加载到 JVM 内存中。
生成类对象：为每个加载的类生成一个 java.lang.Class 对象，作为该类在 JVM 中的运行时表示。
动态加载：支持在运行时动态加载类，例如通过 Class.forName()方法。
隔离类：不同的类加载器可以加载相同名称的类，实现类的隔离（如 Tomcat 中使用不同的类加载器加载不同的 Web 应用）。

3. 类加载器的分类

JVM 中的类加载器主要分为以下四类：

启动类加载器（Bootstrap Class Loader）
- 由 C/C++实现，是 JVM 的一部分。
- 负责加载 JVM 核心类库（如 java.lang.*、java.util.*等），这些类通常位于<JAVA_HOME>/lib 目录下的 rt.jar 等文件中。
- 是类加载器层次结构的顶层，没有父类加载器。
扩展类加载器（Extension Class Loader）
- 由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现。
- 负责加载 Java 的扩展类库（如 javax.*等），这些类通常位于<JAVA_HOME>/lib/ext 目录下。
- 父类加载器是启动类加载器。
应用类加载器（Application Class Loader）
- 由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。
- 负责加载用户类路径（ClassPath）上的类，即开发者编写的类。
- 父类加载器是扩展类加载器。
- 是默认的类加载器，如果没有自定义类加载器，JVM 会使用它来加载类。
自定义类加载器（User-Defined Class Loader）
- 开发者可以通过继承 java.lang.ClassLoader 类，实现自定义的类加载器。
- 常用于实现类的动态加载、热部署、类隔离等场景（如 Tomcat、OSGi 等框架）。

4. 类加载器的加载过程

类加载器加载类的过程可以分为以下三步：

加载（Loading）
- 查找类的字节码文件（.class 文件），并将其加载到 JVM 内存中。
- 生成一个 java.lang.Class 对象，作为该类在 JVM 中的运行时表示。
链接（Linking）
- 验证（Verification）：确保字节码文件的正确性和安全性。
- 准备（Preparation）：为类的静态变量分配内存并设置默认初始值。
- 解析（Resolution）：将符号引用转换为直接引用。
初始化（Initialization）
- 执行类的静态初始化代码（如 static 块）和静态变量的显式赋值。

5. 自定义类加载器的实现

开发者可以通过继承 java.lang.ClassLoader 类，实现自定义的类加载器。以下是一个简单的示例：

代码实现

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.InputStream;

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

   @Override
   protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
      // 1. 读取类的字节码文件
      byte[] classData = loadClassData(name);
      if (classData == null) {
         throw new ClassNotFoundException();
      }
      // 2. 定义类
      return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
   }

   private byte[] loadClassData(String className) {
      // 从类路径中加载类的字节码
      String path = className.replace('.', '/') + ".class";
      try (InputStream inputStream = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(path)) {
         if (inputStream == null) {
            return null;
         }
         ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();
         int data;
         while ((data = inputStream.read()) != -1) {
            outputStream.write(data);
         }
         return outputStream.toByteArray();
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      }
      return null;
   }
}

测试类

public class TestClass {
  public void sayHello() {
     System.out.println("Hello from TestClass, loaded by: " + this.getClass().getClassLoader());
  }
}

主程序

public class Main {
 public static void main(String[] args) throws Exception {
     // 创建自定义类加载器
     MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader();

     // 使用自定义类加载器加载 TestClass
     Class<?> clazz = myClassLoader.loadClass("TestClass");

     // 创建实例并调用方法
     Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
     clazz.getMethod("sayHello").invoke(instance);

     // 打印类加载器信息
     System.out.println("TestClass 的类加载器: " + clazz.getClassLoader());
     System.out.println("MyClassLoader 的父类加载器: " + myClassLoader.getParent());
 }
}

运行结果

Hello from TestClass, loaded by: MyClassLoader@<hashcode>
TestClass 的类加载器: MyClassLoader@<hashcode>
MyClassLoader 的父类加载器: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@<hashcode>