类加载过程
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段。
其中类加载的过程包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。在这五个阶段中，加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的，而解析阶段则不一定，它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始，这是为了支持 Java 语言的运行时绑定（也成为动态绑定或晚期绑定）。
类加载器作用
类加载器用于实现类的加载过程。对于任何一个类，都与要由它的类加载器和这个类本身一同确立在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器都拥有一个唯一个类名称空间。
换言之，比较两个类是否“相等”，只有在两个类是由同一个类加载器的前提之下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个class文件，只要加载它的类加载器不同，那这两个类必定不相等。这里所指的“相等”包括代表类的Class对象的equal()、isAssignableFrom()、isInstance()方法及instanceof关键字返回的结果。
- 不同类加载器对instanceof关键字运算的结果的影响
下面的代码自定义了类加载器，它可以加载和自己在同一路径下的class文件。我们使用其加载ClassLoaderTest类，然后实例化这个对象的类。并用instanceof关键字将其和由系统应用程序类加载器加载的ClassLoaderTest类比较。
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
/**
* Created by HAPPY on 2019/7/31
*/
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
@Override
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
String filename = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
InputStream inputStream = getClass().getResourceAsStream(filename);
if (inputStream == null) {
return super.loadClass(name);
}
byte[] b = new byte[inputStream.available()];
inputStream.read(b);
return defineClass(name, b, 0, b.length);
} catch (IOException e) {
//e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException(name);
}
}
};
Object obj = myLoader.loadClass("ClassLoaderTest").newInstance();
System.out.println(obj.getClass());
System.out.println(obj instanceof ClassLoaderTest);
}
}
运行结果
class ClassLoaderTest
false
从第一个结果看出，这个对象确实是从ClassLoaderTest实例化出来的对象。
由第二个结果，由于虚拟机中存在两个ClassLoaderTest类，一个是由系统应用程序类加载器加载的，另一个时我们自定义的类加载器加载的，虽然都来自同一个class文件，但是确实两个独立的类，做对象所属类型检查的时候返回flase.
Java虚拟机类加载器结构
从Java虚拟机的角度来讲，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器由C++实现，是虚拟机自身的一部分；另一种就是其他的类加载器，这些类加载器由Java语言实现，独立于虚拟机之外，而且全部继承于抽象类java.lang.ClassLoader。
（注意，启动类加载器在HotSpt虚拟机中由C++实现，而MRP,Maxine等整个虚拟机都是由Java实现的，启动类加载器自然也由Java实现。但是，有些高性能虚拟机在启动类加载器的关键方法的实现仍然是使用JNI回调到C(不是C++)的实现上，这个Bootstrap ClassLoader的实例无法被用户获取到）
但从Java开发人员的角度来讲，类加载器还能划分的更细致些，如下:
Bootstrap ClassLoader/启动类加载器
主要负责<JAVA_HOME>/lib目录下的核心 api 或 -Xbootclasspath 选项指定的jar包加载到虚拟机内存。其中，这些jar包必须是虚拟机识别的，而虚拟机通过文件名识别，例如rt.jar。
启动类加载器无法被Java程序直接引用，用户在编写自定义类加载器的时候，如果需要把请求委托给Bootstrap ClassLoader，直接使用null代替即可。
Extension ClassLoader/扩展类加载器
主要负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下的jar包或 -Djava.ext.dirs 指定目录下的jar包。开发者可以直接使用拓展类加载器。
这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。
System ClassLoader/系统类加载器（AppClassLoader/应用程序类加载器）
应用程序类加载器其实是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称其为系统类加载器.
其主要负责加载java -classpath/-Djava.class.path所指的目录下的类与jar包。
User Custom ClassLoader/用户自定义类加载器(java.lang.ClassLoader的子类)
在程序运行期间, 通过java.lang.ClassLoader的子类动态加载class文件, 体现java动态实时类装入特性。
双亲委派模型
机制介绍
如果一个类加载器收到了一个类加载请求，它首先不会自己去加载这个类，而是把这个请求委托给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器反馈自己无法完成加载请求(它管理的范围之中没有这个类)时，子加载器才会尝试着自己去加载。
优点
- 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。
- Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，例如java.lang.Object存放在rt.jar之中，无论那个类加载器要加载这个类，最终都是委托给启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类，相反，如果没有双亲委托模型，由各个类加载器去完成的话，如果用户自己写一个名为java.lang.Object的类，并放在classpath中，应用程序中可能会出现多个不同的Object类，java类型体系中最基本安全行为也就无法保证。
实现
实现双亲委派模型的代码集中于java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中。先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父加载失败，则抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。
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);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
注意，双亲委派模型是Java设计者推荐给开发者的类加载器的实现方式，并不是强制规定的。
大多数的类加载器都遵循这个模型，但是JDK中也有较大规模破坏双亲模型的情况，例如线程上下文类加载器（Thread Context ClassLoader）的出现。
类加载器的几个重要方法
类加载器均是继承自java.lang.ClassLoader抽象类。下面简要看一下java.lang.ClassLoader中几个最重要的方法:
loadClass
loadClass: 此方法负责加载指定名字的类，首先会从已加载的类中去寻找，如果没有找到；从parent ClassLoader[ExtClassLoader]中加载；如果没有加载到，则从Bootstrap ClassLoader中尝试加载(findBootstrapClassOrNull方法), 如果还是加载失败，则抛出异常ClassNotFoundException, 在调用自己的findClass方法进行加载。如果要改变类的加载顺序可以覆盖此方法；如果加载顺序相同，则可以通过覆盖findClass方法来做特殊处理，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Class对象，则抛出ClassNotFoundException异常。如果类需要resolve，在调用resolveClass进行链接。
findLoadedClass
findLoadedClass：此方法负责从当前ClassLoader实例对象的缓存中寻找已加载的类，调用的为native方法。
protected final Class<?> findLoadedClass(String name) {
if (!checkName(name))
return null;
return findLoadedClass0(name);
}
private native final Class findLoadedClass0(String name);
findClass
findClass： 此方法直接抛出ClassNotFoundException异常，因此要通过覆盖loadClass或此方法来以自定义的方式加载相应的类。
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
defineClass
defineClass： 此方法负责将二进制字节流转换为Class对象，这个方法对于自定义类加载器而言非常重要。如果二进制的字节码的格式不符合jvm class文件格式规范，则抛出ClassFormatError异常；如果生成的类名和二进制字节码不同，则抛出NoClassDefFoundError；如果加载的class是受保护的、采用不同签名的，或者类名是以java.开头的，则抛出SecurityException异常。
protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,ProtectionDomain protectionDomain)throws ClassFormatError
{
return defineClassCond(name, b, off, len, protectionDomain, true);
}
// Private method w/ an extra argument for skipping class verification
private final Class<?> defineClassCond(String name,byte[] b, int off, int len,ProtectionDomain protectionDomain,boolean verify)throws ClassFormatError
{
protectionDomain = preDefineClass(name, protectionDomain);
Class c = null;
String source = defineClassSourceLocation(protectionDomain);
try {
c = defineClass1(name, b, off, len, protectionDomain, source,verify);
} catch (ClassFormatError cfe) {
c = defineTransformedClass(name, b, off, len, protectionDomain, cfe,source, verify);
}
postDefineClass(c, protectionDomain);
return c;
}
resolveClass
resolveClass： 此方法负责完成Class对象的链接，如果链接过，则直接返回。
线程上下文加载器
这个加载器解决了基础类想调用回用户代码的问题。
如果不做任何的设置，Java 应用的线程的上下文类加载器默认就是系统上下文类加载器。
java动态载入class的两种方式
implicit
隐式方式，即利用实例化才载入的特性来动态载入class
explicit
显式方式，又分两种方式:
-
java.lang.Class的forName()方法 -
java.lang.ClassLoader的loadClass()方法
常见异常
-
ClassNotFoundException这是最常见的异常，产生这个异常的原因为在当前的ClassLoader 中加载类时，未找到类文件， -
NoClassDefFoundError这个异常是因为 加载到的类中引用到的另外类不存在，例如要加载A，而A中盗用了B，B不存在或当前的ClassLoader无法加载B，就会抛出这个异常。 -
LinkageError该异常在自定义ClassLoader的情况下更容易出现，主要原因是此类已经在ClassLoader加载过了，重复的加载会造成该异常。
