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ClassLoader基础概念与实现

Java作为一个由大量独立类文件组成的平台，与传统的编译语言如C或C++有着本质的区别。Java程序不是单一的可执行文件，而是由多个类文件组成，每一个文件对应一个Java类。这些类文件在程序运行时并不全部装入内存，而是根据程序的需要逐渐载入。而ClassLoader在JVM体系中扮演着核心角色，它是一个抽象类，专门负责在程序运行时装入类文件。ClassLoader有两个重要的实现类：ExtClassLoader和AppClassLoader。ExtClassLoader主要负责加载Java扩展API定义在目标目录/lib/ext中的类；而AppClassLoader则专门负责加载用户定义的CLASSPATH中的类。这两个ClassLoader都是Java程序自定义的。

ClassLoader的加载流程

JVM启动时会首先初始化bootstrap classloader（启动类加载器），这个类加载器负责装入Java核心API（java.lang包下的类）。随后，bootstrap classloader会加载ExtClassLoader和AppClassLoader。当程序运行时，ClassLoader会按照以下顺序加载类：首先是ExtClassLoader加载扩展API类；然后是AppClassLoader加载CLASSPATH目录中的类。这个过程遵循父类委托模式，确保了类的单例性和高效性。

protected Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 检查是否已加载该类
        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) {
                // 父类加载失败处理
            }
            if (c == null) {
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);
                // 记录性能数据
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

###父类委托模式的实现原因

ClassLoader的重要方法解析

• loadClass(String name, boolean resolve)：ClassLoader的核心方法，负责根据类名请求对应的Class对象。
• defineClass(byte[] classData, int offset, int count, ClassClassLoader loader)：将原始字节流转化为Class对象的桥梁。
• findSystemClass(String name)：从本地文件系统找到对应classes文件，并将其加载到内存。
• resolveClass(Class c)：处理类的解析和初始化，完成类的生命周期。
• findLoadedClass(String name)：检查ClassLoader已加载的类缓存。
• findClass(String name)：从文件系统或其他来源找到类文件，并调用defineClass定义Class。
• getSystemClassLoader()：获取当前线程上下文的ClassLoader，支持类委托。
• static Class forName(String name)：通过ClassLoader加载指定类。

ClassLoader的高级使用技巧

在实际开发中，ClassLoader的强大功能可以用于定制类加载器，例如实现动态加载功能或创建自定义ClassLoader。以下是一些常用场景：

通过合理使用ClassLoader，可以显著提升Java程序的灵活性和安全性，同时优化类加载效率。作为开发者，深入理解ClassLoader的工作机制是构建高效且万无一失的应用必不可少。