转载：http://www.codeceo.com/article/java-classloader.html
一：什么是ClassLoader?
===>大家都知道，当我们写好一个Java程序之后，不是管是CS还是BS应用，都是由若干个.class文件组织而成的一个完整的Java应用程序，当程序在 运行时，即会调用该程序的一个入口函数来调用系统的相关功能，而这些功能都被封装在不同的class文件当中，所以经常要从这个class文件中要调用另 外一个class文件中的方法，如果另外一个文件不存在的，则会引发系统异常。而程序在启动的时候，并不会一次性加载程序所要用的所有class文件，而 是根据程序的需要，通过Java的类加载机制（ClassLoader）来动态加载某个class文件到内存当中的，从而只有class文件被载入到了内 存之后，才能被其它class所引用。所以ClassLoader就是用来动态加载class文件到内存当中用的。
二：Java默认提供的三个ClassLoader
===>Bootstrap ClassLoader：称为启动类加载器，是Java类加载层次中最顶层的类加载器，负责加载JDK中的核心类库，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通过如下程序获得该类加载器从哪些地方加载了相关的jar或class文件：
===>Extension ClassLoader：称为扩展类加载器，负责加载Java的扩展类库，默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
===>App ClassLoader：称为系统类加载器，负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件。
===>注意： 除了Java默认提供的三个ClassLoader之外，用户还可以根据需要定义自已的ClassLoader，而这些自定义的ClassLoader都 必须继承自java.lang.ClassLoader类，也包括Java提供的另外二个ClassLoader（Extension ClassLoader和App ClassLoader）在内，但是Bootstrap ClassLoader不继承自ClassLoader，因为它不是一个普通的Java类，底层由C++编写，已嵌入到了JVM内核当中，当JVM启动 后，Bootstrap ClassLoader也随着启动，负责加载完核心类库后，并构造Extension ClassLoader和App ClassLoader类加载器。
三、ClassLoader加载类的原理
===>原理介绍：
ClassLoader使用的是双亲委托模型来 搜索类的，每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用（不是继承的关系，是一个包含的关系），虚拟机内置的类加载器（Bootstrap ClassLoader）本身没有父类加载器，但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。当一个ClassLoader实例需要加载某个 类时，它会试图亲自搜索某个类之前，先把这个任务委托给它的父类加载器，这个过程是由上至下依次检查的，首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载，如果没加载到，则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载，如果也没加载到，则转交给App ClassLoader 进行加载，如果它也没有加载得到的话，则返回给委托的发起者，由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。如果它们都没有加载到这个类时，则抛出 ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义，并将它加载到内存当中，最后返回这个类在内存中的Class实 例对象。
===>为什么要用双亲委托模型呢？
因为这样可以避免重复加载，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。考虑到安全因素，我们试想一下，如果不使用这种 委托模式，那我们就可以随时使用自定义的String来动态替代java核心api中定义的类型，这样会存在非常大的安全隐患，而双亲委托的方式，就可以 避免这种情况，因为String已经在启动时就被引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）加载，所以用户自定义的ClassLoader永远也无法加载一个自己写的String，除非你改变JDK中 ClassLoader搜索类的默认算法。
===> 但是JVM在搜索类的时候，又是如何判定两个class是相同的呢？
JVM在判定两个class是否相同时，不仅要判断两个类名是否相同，而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下，JVM才认为这两个class是相同的。就 算两个class是同一份class字节码，如果被两个不同的ClassLoader实例所加载，JVM也会认为它们是两个不同class。比如网络上的 一个Java类org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac编译之后生成字节码文件 NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB这两个类加载器并读取了 NetClassLoaderSimple.class文件，并分别定义出了java.lang.Class实例来表示这个类，对于JVM来说，它们是两个不同的实例对象，但它们确实是同一份字节码文件，如果试图将这个Class实例生成具体的对象进行转换时，就会抛运行时异常 java.lang.ClassCaseException，提示这是两个不同的类型。现在通过实例来验证上述所描述的是否正确：
1）、在web服务器上建一个org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple.java类
package org.classloader.simple;
public class NetClassLoaderSimple {
private NetClassLoaderSimple instance;
public void setNetClassLoaderSimple(Object obj) {
this.instance = (NetClassLoaderSimple)obj;
}
}
org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple类的setNetClassLoaderSimple方 法接收一个Object类型参数，并将它强制转换成org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple类型。
2）、测试两个class是否相同（NetWorkClassLoader.java）
package classloader;
public class NewworkClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
try {
//测试加载网络中的class文件
String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";
String className = "org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple";
NetworkClassLoader ncl1 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
NetworkClassLoader ncl2 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
Class<?> clazz1 = ncl1.loadClass(className);
Class<?> clazz2 = ncl2.loadClass(className);
Object obj1 = clazz1.newInstance();
Object obj2 = clazz2.newInstance();
clazz1.getMethod("setNetClassLoaderSimple", Object.class).invoke(obj1, obj2);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
首先获得网络上一个class文件的二进制名称，然后通过自定义的类加载器NetworkClassLoader创建两个实例，并根据网络地址分别 加载这份class，并得到这两个ClassLoader实例加载后生成的Class实例clazz1和clazz2，最后将这两个Class实例分别生 成具体的实例对象obj1和obj2，再通过反射调用clazz1中的setNetClassLoaderSimple方法。
3）、查看测试结果
结论：从结果中可以看出，虽然是同一份class字节码文件，但是由于被两个不同的ClassLoader实例所加载，所以JVM认为它们就是两个不同的类。
四：ClassLoader的体系架构
五：验证ClassLoader的体系架构
===>测试1：打印ClassLoader类的层次结构，请看下面这段代码：
第一行结果说明：TestClassLoader的类加载器是AppClassLoader。
第二行结果说明：AppClassLoader的类加器是ExtClassLoader，即parent=ExtClassLoader。
第三行结果说明：ExtClassLoader的类加器是Bootstrap ClassLoader，因为Bootstrap ClassLoader不是一个普通的Java类，所以ExtClassLoader的parent=null，所以第三行的打印结果为null就是这个 原因。
===>测试2:将ClassLoaderTest.class打包成ClassLoaderTest.jar，放到Extension ClassLoader的加载目录下（JAVA_HOME/jre/lib/ext），然后重新运行这个程序，得到的结果会是什么样呢？
打印结果分析：
为什么第一行的结果是ExtClassLoader呢？
因为ClassLoader的委托模型机制，当我们要用ClassLoaderTest.class这个类的时候，AppClassLoader在 试图加载之前，先委托给Bootstrcp ClassLoader，Bootstracp ClassLoader发现自己没找到，它就告诉ExtClassLoader，兄弟，我这里没有这个类，你去加载看看，然后Extension ClassLoader拿着这个类去它指定的类路径（JAVA_HOME/jre/lib/ext）试图加载，唉，它发现在 ClassLoaderTest.jar这样一个文件中包含ClassLoaderTest.class这样的一个文件，然后它把找到的这个类加载到内存 当中，并生成这个类的Class实例对象，最后把这个实例返回。所以ClassLoaderTest.class的类加载器是 ExtClassLoader。
第二行的结果为null，是因为ExtClassLoader的父类加载器是Bootstrap ClassLoader。
===>测试3：用Bootstrcp ClassLoader来加载ClassLoaderTest.class，有两种方式：
方式1:
1、在jvm中添加-Xbootclasspath参数，指定Bootstrcp ClassLoader加载类的路径，并追加我们自已的jar（ClassTestLoader.jar）
2、将class文件放到JAVA_HOME/jre/classes/目录下（上面有提到）
方式1：（我用的是Eclipse开发工具，用命令行是在java命令后面添加-Xbootclasspath参数）
打开Run配置对话框：
配置好如图中所述的参数后，重新运行程序，产的结果如下所示：（类加载的过程，只摘下了一部份）
打印结果：
[Loaded java.io.FileReader from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded sun.nio.cs.StreamDecoder from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.ArrayList from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.lang.reflect.Array from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.Locale from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentMap from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.locks.Lock from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractOwnableSynchronizer from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$Sync from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$Node from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.lang.CharacterDataLatin1 from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.io.ObjectStreamClass from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded sun.net.www.ParseUtil from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.BitSet from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.net.Parts from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.net.URLStreamHandler from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded sun.net.www.protocol.file.Handler from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.util.HashSet from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded sun.net.www.protocol.jar.Handler from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded sun.misc.Launcher$AppClassLoader from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded sun.misc.Launcher$AppClassLoader$1 from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.lang.SystemClassLoaderAction from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Path C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes]
[Loaded classloader.ClassLoaderTest from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes]
null //这是打印的结果
C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jsse.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\charsets.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes;c:\ClassLoaderTest.jar
//这一段是System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));打印出来的。这个路径就是Bootstrcp ClassLoader默认搜索类的路径
[Loaded java.lang.Shutdown from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
[Loaded java.lang.Shutdown$Lock from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]
===>测试4：用Bootstrcp ClassLoader来加载ClassLoaderTest.class
方式2：
将ClassLoaderTest.jar解压后，放到JAVA_HOME/jre/classes目录下，如下图所示：提示：jre目录下默认没有classes目录，需要自己手动创建一个
打印结果：
从结果中可以看出，两种方式都实现了将ClassLoaderTest.class由Bootstrcp ClassLoader加载成功了。
六、定义自已的ClassLoader
既然JVM已经提供了默认的类加载器，为什么还要定义自已的类加载器呢？
因为Java中提供的默认ClassLoader，只加载指定目录下的jar和class，如果我们想加载其它位置的类或jar时，比如：我要加载 网络上的一个class文件，通过动态加载到内存之后，要调用这个类中的方法实现我的业务逻辑。在这样的情况下，默认的ClassLoader就不能满足 我们的需求了，所以需要定义自己的ClassLoader。
定义自已的类加载器分为两步：
1、继承java.lang.ClassLoader
2、重写父类的findClass方法
读者可能在这里有疑问，父类有那么多方法，为什么偏偏只重写findClass方法？
因为JDK已经在loadClass方法中帮我们实现了ClassLoader搜索类的算法，当在loadClass方法中搜索不到类 时，loadClass方法就会调用findClass方法来搜索类，所以我们只需重写该方法即可。如没有特殊的要求，一般不建议重写loadClass 搜索类的算法。下图是API中ClassLoader的loadClass方法：
【1】自定义的类加载器代码：org.nonbankcard.commons.NetworkClassLoader
1 package org.nonbankcard.commons;
2
3 import java.io.ByteArrayOutputStream;
4 import java.io.IOException;
5 import java.io.InputStream;
6 import java.net.URL;
7 /**
8 * 自定义类加载器
9 * @author sxf
10 *
11 */
12 public class NetworkClassLoader extends ClassLoader {
13 /**
14 * 类文件所在的路径（可以是相对路径，也可以是绝对路径，主要看要加载的文件在哪里）
15 */
16 private String rootUrl;
17
18 /**
19 * 构造函数
20 * @param rootUrl
21 */
22 public NetworkClassLoader(String rootUrl) {
23 this.rootUrl = rootUrl;
24 }
25
26 /**
27 * 重写父类的类加载的方法
28 */
29 @Override
30 protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
31 Class clazz = null;//this.findLoadedClass(name); // 父类已加载
32 //if (clazz == null) { //检查该类是否已被加载过
33 byte[] classData = getClassData(name); //根据类的二进制名称,获得该class文件的字节码数组
34 if (classData == null) {
35 throw new ClassNotFoundException();
36 }
37 clazz = defineClass(name, classData, 0, classData.length); //将class的字节码数组转换成Class类的实例
38 //}
39 return clazz;
40 }
41
42 /**
43 * 读取class文件的二进制信息
44 * @param name
45 * @return
46 */
47 private byte[] getClassData(String name) {
48 InputStream is = null;
49 try {
50 String path = classNameToPath(name);
51 URL url = new URL(path);
52 byte[] buff = new byte[1024*4];
53 int len = -1;
54 is = url.openStream();
55 ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
56 while((len = is.read(buff)) != -1) {
57 baos.write(buff,0,len);
58 }
59 return baos.toByteArray();
60 } catch (Exception e) {
61 e.printStackTrace();
62 } finally {
63 if (is != null) {
64 try {
65 is.close();
66 } catch(IOException e) {
67 e.printStackTrace();
68 }
69 }
70 }
71 return null;
72 }
73
74 /**
75 * 根据路径，拼接class的全路径
76 * @param name
77 * @return
78 */
79 private String classNameToPath(String name) {
80 return rootUrl + "/" + name.replace(".", "/") + ".class";
81 }
82 }
View Code
【2】测试类：
1 package org.nonbankcard.commons;
2 /**
3 * 类加载器的测试类
4 * @author sxf
5 *
6 */
7 public class TestClassLoader {
8
9 public static void main(String[] args) {
10 try {
11 /*ClassLoader loader = TestClassLoader.class.getClassLoader(); //获得ClassLoaderTest这个类的类加载器
12 while(loader != null) {
13 System.out.println(loader);
14 loader = loader.getParent(); //获得父加载器的引用
15 }
16 System.out.println(loader);*/
17
18 String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";
19 NetworkClassLoader networkClassLoader = new NetworkClassLoader(rootUrl);
20 String classname = "org.classloader.simple.NetClassLoaderTest";
21 Class clazz = networkClassLoader.loadClass(classname);
22 System.out.println(clazz.getClassLoader());
23
24 } catch (Exception e) {
25 e.printStackTrace();
26 }
27 }
28
29 }
View Code
【3】打印结果：
【4】下图是我机器上web服务器的目录结构：
七、流行的web容器的类加载器皿
目前常用web服务器中都定义了自己的类加载器，用于加载web应用指定目录下的类库（jar或class），如：Weblogic、Jboss、tomcat等，下面我以Tomcat为例，展示该web容器都定义了哪些个类加载器：
【1】新建一个web工程httpweb
【2】新建一个ClassLoaderServletTest，用于打印web容器中的ClassLoader层次结构。
1 package org.nonbankcard.commons;
2
3 import java.io.IOException;
4 import java.io.PrintWriter;
5
6 import javax.servlet.ServletException;
7 import javax.servlet.http.HttpServlet;
8 import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
9 import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
10 /**
11 * servlet的测试tomcat容器的类加载器的结构
12 * @author sxf
13 *
14 */
15 public class ClassLoaderServletTest extends HttpServlet {
16
17 /**
18 * 网络请求进来调用的方法
19 */
20 public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
21 throws ServletException, IOException {
22 //返回数据类型
23 response.setContentType("text/html");
24 //响应输出流
25 PrintWriter out = response.getWriter();
26 //获取当前类的类加载器
27 ClassLoader loader = this.getClass().getClassLoader();
28 //循环，发现当前的类加载器的结构（树形结构）
29 //并将类加载器的class对象的地址打印到响应页面上
30 while(loader != null) {
31 out.write(loader.getClass().getName()+"<br/>");
32 loader = loader.getParent();
33 }
34 out.write(String.valueOf(loader));
35 out.flush();
36 out.close();
37 }
38
39 public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
40 throws ServletException, IOException {
41 this.doGet(request, response);
42 }
43
44 }
View Code
【3】、配置Servlet，并启动服务
1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> 2 <web-app version="2.4" 3 xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee" 4 xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 5 xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee 6 7 http://java.sun.com/xml/ns/j2ee/web-app_2_4.xsd"> 8 9 <servlet> 10 <servlet-name>ClassLoaderServletTest</servlet-name> 11 <servlet-class>ClassLoaderServletTest</servlet-class> 12 </servlet> 13 14 <servlet-mapping> 15 <servlet-name>ClassLoaderServletTest</servlet-name> 16 <url-pattern>/servlet/ClassLoaderServletTest</url-pattern> 17 </servlet-mapping> 18 <welcome-file-list> 19 <welcome-file>index.jsp</welcome-file> 20 </welcome-file-list> 21 </web-app>
View Code
【4】访问Servlet，获得显示结果