ClassLoader

ClassLoader，即java类加载器，主要作用是将class加载到JVM内，同时它还要考虑class由谁来加载。在说java的类加载机制之前，还是像前面的博客一样，先说说为什么要知道java的类加载机制。个人认为主要有以下几个原因：

按需加载。JVM启动时不能确定我要加载哪些东西，或者有些类非常大，我只希望用到它时再加载，并非一次性加载所有的class，所以这时候了解了加载机制就可以按需加载了。
类隔离。比如web容器中部署多个应用，应用之间互相可能会有冲突，所以希望尽量隔离，这里可能就要分析各个应用加载的资源和加载顺序之间的冲突，针对这些冲突再自己定些规则，让它们能够愉快地玩耍。
资源回收。如果你不了解java是如何加载资源的，又怎么理解java是如何回收资源的？

一般说到java的类加载机制，都要说到“双亲委派模型”（其实个人很不理解为什么叫“双亲”，其实英文叫“parent”）。使用这种机制，可以避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。JVM根据 类名+包名+ClassLoader实例ID 来判定两个类是否相同，是否已经加载过（所以这里可以略微扩展下，可以通过创建不同的classloader实例来实现类的热部署）。
有个图很形象（来源见参考资料）。

下面结合上图来详细介绍下java的类加载过程。

BootStrapClassLoader。它是最顶层的类加载器，是由C++编写而成, 已经内嵌到JVM中了。在JVM启动时会初始化该ClassLoader，它主要用来读取Java的核心类库JRE/lib/rt.jar中所有的class文件，这个jar文件中包含了java规范定义的所有接口及实现。
ExtensionClassLoader。它是用来读取Java的一些扩展类库，如读取JRE/lib/ext/*.jar中的包等（这里要注意，有些版本的是没有ext这个目录的）。
AppClassLoader。它是用来读取CLASSPATH下指定的所有jar包或目录的类文件，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
CustomClassLoader。它是用户自定义编写的，它用来读取指定类文件 。基于自定义的ClassLoader可用于加载非Classpath中（如从网络上下载的jar或二进制）的jar及目录、还可以在加载前对class文件优一些动作，如解密、编码等。
很多资料和文章里说，ExtClassLoader的父类加载器是BootStrapClassLoader，其实这里省掉了一句话，容易造成很多新手（比如我）的迷惑。严格来说，ExtClassLoader的父类加载器是null，只不过在默认的ClassLoader 的 loadClass 方法中，当parent为null时，是交给BootStrapClassLoader来处理的，而且ExtClassLoader 没有重写默认的loadClass方法，所以，ExtClassLoader也会调用BootStrapLoader类加载器来加载，这就导致“BootStrapClassLoader具备了ExtClassLoader父类加载器的功能”。看一下下面的代码就很容易理解上面这一大段话了。

三个重要的方法

查看classloader的源码可以发现三个重要的方法:

loadClass。classloader加载类的入口，此方法负责加载指定名字的类，ClassLoader的实现方法为先从已经加载的类中寻找，如没有则继续从父ClassLoader中寻找，如仍然没找到，则从BootstrapClassLoader中寻找，最后再调用findClass方法来寻找，如要改变类的加载顺序，则可覆盖此方法，如加载顺序相同，则可通过覆盖findClass来做特殊的处理，例如解密、固定路径寻找等，当通过整个寻找类的过程仍然未获取到Class对象时，则抛出ClassNotFoundException。如类需要resolve，则调用resolveClass进行链接。
findClass。此方法直接抛出ClassNotFoundException，因此需要通过覆盖loadClass或此方法来以自定义的方式加载相应的类。
defineClass。此方法负责将二进制的字节码转换为Class对象，这个方法对于自定义加载类而言非常重要，如二进制的字节码的格式不符合JVM Class文件的格式，抛出ClassFormatError；如需要生成的类名和二进制字节码中的不同，则抛出NoClassDefFoundError；如需要加载的class是受保护的、采用不同签名的或类名是以java.开头的，则抛出SecurityException；如需加载的class在此ClassLoader中已加载，则抛出LinkageError。

可以看到，悲剧的报错了。根据class loader命名空间规则，每个class loader都有自己唯一的命名空间，每个class loader 只能访问自己命名空间中的类，如果一个类是委托parent加载的，那么加载后，这个类就类似共享的，parent和child都可以访问到这个类，因为parent是不会委托child加载类的，所以child加载的类parent访问不到。简单来说，即子加载器的命名空间包含了parent加载的所有类，反过来则不成立。 本例中LoaderTest类是AppClassLoader加载的，所以其看不见由MyClassLoader加载的HighRichHandsome类，但Person接口是可以访问的，所以赋给Person类型不会出错。

package com.zhy.concurrency.semaphore;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;public class MyClassLoader extends ClassLoader{    /*      * 覆盖了父类的findClass，实现自定义的classloader     */    @Override    public Class<?> findClass(String name) {        byte[] bt = loadClassData(name);        return defineClass(name, bt, 0, bt.length);    }    private byte[] loadClassData(String className) {        InputStream is = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(                className.replace(".", "/") + ".class");        ByteArrayOutputStream byteSt = new ByteArrayOutputStream();        int len = 0;        try {            while ((len = is.read()) != -1) {                byteSt.write(len);            }        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }        return byteSt.toByteArray();    }    public static void main(String[] args)throws Exception {            MyClassLoader loader = new MyClassLoader();            Class<HighRichHandsome> c = (Class<HighRichHandsome>) loader.findClass("com.zhy.concurrency.semaphore.HighRichHandsome");            System.out.println("Loaded by :" + c.getClassLoader());            Person p = (Person) c.newInstance();            p.say();            System.out.println(c.getClassLoader().getClass().getName());            System.out.println(HighRichHandsome.class.getClassLoader().getClass().getName());            HighRichHandsome man = (HighRichHandsome) c.newInstance();            man.say();                }}

Loaded by :com.zhy.concurrency.semaphore.MyClassLoader@6d06d69cI don't care whether you are rich or notcom.zhy.concurrency.semaphore.MyClassLoadersun.misc.Launcher$AppClassLoaderException in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.zhy.concurrency.semaphore.HighRichHandsome cannot be cast to com.zhy.concurrency.semaphore.HighRichHandsome    at com.zhy.concurrency.semaphore.MyClassLoader.main(MyClassLoader.java:41)