5. 类加载器（ClassLoader）如何工作？

PangHu大约 3 分钟

ClassLoader 是 JVM 中的一个组件，负责加载类文件。Java 的类加载器采用了 双亲委派模型（Parent Delegation Model），即每个类加载器在加载类时，先委托父加载器进行加载，只有在父加载器无法加载该类时，才由当前加载器进行加载。

双亲委派模型

引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）:
- 最顶层的类加载器，由 JVM 自身实现，用来加载核心类库（<JAVA_HOME>/lib 下的类，如 rt.jar）。引导类加载器是 C++ 代码的一部分，开发者无法直接操作它。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）:
- 加载 Java 扩展库（<JAVA_HOME>/lib/ext 或者通过 java.ext.dirs 系统属性指定的目录下的类）。它由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现。
应用类加载器（Application ClassLoader）:
- 加载应用程序的类路径（classpath）下的类和库。它是用户自定义类的默认加载器，由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。
自定义类加载器（Custom ClassLoader）:
- 开发者可以通过继承 ClassLoader 类来实现自己的类加载器，以定制类加载行为。自定义类加载器一般会遵循双亲委派模型，但可以根据需要覆盖其行为。

工作流程

当 JVM 需要加载一个类时，类加载器会按照以下顺序工作：

检查类是否已经加载: JVM 首先检查该类是否已经加载到内存中，如果已经加载则直接使用。
委托父加载器: 如果类尚未加载，当前加载器会将请求向上委托给父类加载器，直到引导类加载器。
加载类: 如果父加载器无法加载该类（即在父加载器的搜索路径中没有找到该类），当前加载器会尝试加载该类。
返回类对象: 如果类加载成功，返回该类的 Class 对象；否则，抛出 ClassNotFoundException。

类加载器的代码示例

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 定义类加载的逻辑
        byte[] classData = loadClassData(name);
        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException();
        } else {
            return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
        }
    }

    private byte[] loadClassData(String name) {
        // 加载类数据的具体实现，例如从文件系统或网络加载
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CustomClassLoader customLoader = new CustomClassLoader();
        Class<?> clazz = customLoader.loadClass("MyClass");
        System.out.println("Class loaded: " + clazz.getName());
    }
}

在这个示例中，CustomClassLoader 继承自 ClassLoader，并实现了 findClass 方法，自定义了类加载逻辑。

JVM 类加载机制的优势

可扩展性: 通过自定义类加载器，开发者可以灵活地加载类，例如从网络、数据库或加密的文件中加载类。
模块化: 双亲委派模型确保了核心类库的安全性和稳定性，避免了核心类库被重复加载或覆盖。
隔离性: 每个类加载器都有自己的命名空间，可以在同一个 JVM 中加载相同名字但不同实现的类，实现应用隔离。

总结

JVM 的类加载机制 是指将 .class 文件加载到内存中并转换为 JVM 可以执行的 Class 对象。
类加载器（ClassLoader） 是负责加载类的组件，采用双亲委派模型来确保类加载的顺序和安全性。
双亲委派模型 确保了核心类库的安全性，同时允许开发者通过自定义类加载器来实现灵活的类加载方式。

了解和掌握 JVM 的类加载机制和类加载器的工作原理，对于深入理解 Java 程序的运行机制和解决类加载相关问题非常重要。