Java虚拟机--类加载器

类加载器

Java虚拟机设计团队有意把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述该类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何
去获取所需的类。实现这个动 作的代码被称为“类加载器”（Class Loader）。在类层次划分、OSGi、热部署、代码加密等领域有着重要的作用，成为Java不可或缺的一部分。

类与类加载器

类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远超类加载阶段。对于 任意一个类，都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在
Java虚拟机中的唯一性，每 一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。这句话可以表达得更通俗一些：比较两个类是否“相 等”，只有在这两个类是由同一个类加载器
加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个 Class文件，被同一个Java虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。

这里所指的“相等”，包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance() 方法的返回结果，也包括了使用instanceof关键字做对象所属关系判定
等各种情况。

双亲委派模型

站在Java虚拟机的角度来看，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；
另外一种就是其他所有 的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立存在于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader。

站在Java开发人员的角度来看，类加载器就应当划分得更细致一些。自JDK 1.2以来，Java一直保 持着三层类加载器、双亲委派的类加载架构。

启动类加载器（bootstrap class loader）：加载存放在 <JAVA_HOME>\lib目录，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中存放的，而且是Java虚拟机能够 识别的（按
照文件名识别，如rt.jar、tools.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类 库加载到虚拟机的内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用，用户在编写
自定义类加载器时， 如果需要把加载请求委派给引导类加载器去处理，那直接使用null代替即可。

扩展类加载器（extensions class loader）：用来加载Java的扩展库，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader来实现。负责加载<Java_Runtime_Home>/lib/ext，或
-Djava.ext.dirs选项指定目录下的jar包装入到内存中；

应用程序类加载器（Application class loader）：这个类加载器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现。由于应用程序类加载器是ClassLoader类中的
getSystem- ClassLoader()方法的返回值，所以有些场合中也称它为“系统类加载器”。它负责加载系统类路径 java -classpath 或 -D java.class.path 指定路径下的类库，也就
是我们经常用到的 classpath 路径，开发者同样可以直接在代码中使用这个类加载器。如果应用程序中没有 自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类
加载器。

开发人员可以通过继承java.lang.ClassLoader类的方式实现自己的类加载器。在程序运行期间, 通过自定义的 java.lang.ClassLoader 子类动态加载class文件。Java虚拟机对class
文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象。

图中展示的各种类加载器之间的层次关系被称为类加载器的“双亲委派模型（Parents Delegation Model）”。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都
应有自己的父类加载 器。不过这里类加载器之间的父子关系一般不是以继承（Inheritance）的关系来实现的，而是通常使用 组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。

双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加 载这个类，而是把这个请求委派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最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请 求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器
才会尝试自己去完成加载。

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，通过这种层级关可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。
其次是考虑到安全因素，java核心api中定义类型不会被随意替换，假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类，通过双亲委托模式传递到启动类加载器，而启动类加载器在
核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer，而直接返回已加载过的Integer.class，这样便可以防止核心API库被随意
篡改。

可能你会想，如果我们在classpath路径下自定义一个名为java.lang.SingleInterge类(该类是胡编的)呢？该类并不存在java.lang中，经过双亲委托模式，传递到启动类加载器中，由于
父类加载器路径下并没有该类，所以不会加载，将反向委托给子类加载器加载，最终会通过系统类加载器加载该类。但是这样做是不允许，因为java.lang是核心API包，需要访问权
限，强制加载将会报出如下异常：

java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang