类加载器的基本功能为：

从包含字节代码的字节流中定义出虚拟机中的Class类的对象。得到Class的对象之后，一个Java类就可以在虚拟机中自由使用，包括创建新的对象或调用类中的静态方法。

一、类加载器的概述

java.lang.ClassLoader类是所有由Java代码创建的类的加载器的父类。

其本身是通过Java平台提供的启动类加载器（bootstrap class loader）来加载的，由原生代码来实现。

启动类加载器负责加载Java自身的核心类到虚拟机中，当他完成初始化工作后，其他继承ClassLoader类的 类加载器就可以正常工作了。

对于Java类和对象，可以通过getClassLoader方法来获得加载它的类加载器对象：

String str = new String('hello world');
Class<?> clazz1 = str.getClass();
ClassLoader cl = clazz1.getClassLoader();
Class<?> clazz2 = cl.loadClass("java.lang.String");//加载类对象，参数为 Java类的二进制名称
Object o = clazz2.newInstance();
System.out.print(o.getClass()); // 输出 java.lang.String

二、Java平台的类加载器主要分为两类：

1、启动类加载器： 由原生代码实现。

2、用户自定义的类加载器： 继承自ClassLoader类。（分为两类）

a、由Java平台默认提供。

• • 扩展类加载器（extension class loader），用来从特定的路径加载Java平台的扩展库
  • 系统类加载器（system class loader），又称应用类加载器（application class loader），根据应用程序运行时的类路径（CLASSPATH）来加载Java类。
    如果程序中没有使用其他自定义的类加载器，则程序本身的Java类都由系统类加载器负责加载。通过系统类加载器对象的getParent方法可以得到扩展类加载器对象。

b、由程序自己创建。

三、定义和初始类加载器

类加载器的根本作用是从字节代码中定义出表示Java类的Class类的对象。这个定义过程由ClassLoader类中的defineClass方法来实现。

定义类加载器（defining class loader）：defineClass方法的最终调用者。

初始类加载器（initiating class loader）：使用loadClass方法来加载一个Java类的加载器。

例子： 初始类加载器在loadClass方法中把 实际的类加载工作代理给其他类加载器， 后者最终调用了defineClass方法。

四、类加载器的层次结构与代理模式

1、类加载器 是一个 树状结构。

类加载器对象 都可以 有一个 父类的类加载器对象， 通过ClassLoader类的getParent方法可以获取，

构造方法中也提供指定父类类加载器，如果在创建时不指定父类，则默认父类为系统类加载器。

2、如果没有自定义类加载器，则一个Java程序运行时的类加载器通常有3个层次：

从根节点依次是 启动类加载器、 扩展类加载器 和 系统类加载器。

以下为遍历加载器层次结构：

ClassLoader current = getClass().getClassLoader();
while(current != null){
    System.out.print(current.toString());
    current = current.getParent();
}

输出：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@177b3cd
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1bd7848

这里可以看出 扩展类加载器 是 系统类加载器 的 父类。另外，如果父类是启动类加载器，在部分虚拟机中，getParent()返回为null， 所以这里并没有遍历出。

3、类加载器在加载Java类时通常使用代理模式

在ClassLoader类的默认实现中，在加载类时，会先交给父类加载，当父类无法找到Java类或资源时，才自己加载，这种代理关系会一直向上传递。（父类优先策略）

使用这种策略的原因是，有些类的加载只有父类加载器才能完成，在程序运行过程中，会不断有新的类加载器对象被添加，对于后添加的类加载器来说，加载类锁需要的一些信息对当前类加载器来说是不可见的，这样就只有交给父类来完成。

程序可以根据需要 采用父类优先策略，或覆盖ClassLoader的loadClass方法 来 实现其他策略， 如子类优先策略，或根据加载Java类的名称采取其他策略。

五、创建类加载器

大部分Java程序在运行时并不需要使用自己的类加载器，依靠Java平台提供的3个类加载器就足够了。

在绝大多数时候，也只有系统类加载器发挥作用。

如果程序对加载类的方式有特殊的要求，就要创建自己的类加载器。

通常有以下两种场景：

1、对Java类的字节代码进行特殊的查找和处理，如Java类的字节代码存放在磁盘特定的位置或远程服务器上，或者字节代码经过加密处理。

2、利用类加载器产生的隔离特性来满足特殊的需求。

创建类加载器只需继承ClassLoader即可，可以覆盖其中的一些方法来时间自定义的类加载逻辑。

defineClass：从字节代码中定义出标示Java类的Class类的对象，涉及Java虚拟机的核心功能，从安全角度出发，该方法为final。（由原生代码实现）

其他一些申明为protected的方法，既是创建自定义加载器的基础：

1、loadClass：先看该类是否已经加载；调用父类loadClass，如果没有父类就由启动类加载器进行加载；如果还是没加载到，调用findClass自己加载。

（如果要改变父类优先，改此方法）

2、findLoadedClass：查找该类是否已经被加载，如果是，就返回该Java类对应的Class类对象。

3、findCLass：当代理策略无法使用父类成功加载类时被调用，这个方法主要用来封装当前类加载器自己的类加载逻辑。

（一般自定义类加载器只要覆盖此方法）

4、resolveClass：链接一个定义好的Class类的对象。

例子：从文件系统加载字节代码的类加载器：

public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader{
   private Path path;
   public FileSystemClassLoader(Path path){
      this.path = path;
}
   protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException{
      try{
         byte []  classData = getClassData(name);
         return defineClass(name, classData, 0 , classData.length);
      }catch(IOException e){
         throw new CLassNotFoundException();
      }
   }
   private byte[]  getClassData(String className){
      Path classFilePath = classNameToPath(className);
      return File.readAllBytes(classFilePath);
   }
   private Path classNameToPath(String className){
      return path.resolve(className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
   }
}

FileSystemClassLoader 类只是简单得读取了字节代码的内容，然后给defineClass处理。这里有很多事可以做， 比如处理字节代码的压缩，用ASM，AspectJ对字节代码做增强，再传递给defineClass。扩展一下，可以变成动态生成代码的类加载器，根据参数，使用ASM等工具在运行时生成代码，然后传递给defineClass。

例子：改父类优先 为 当前子类优先策略：

public class ParentLastClassLoader extends ClassLoader{
   protected Class<?> loadClass(String name,boolean resolve) throws ClassNotFoundException{
      Class<?> clazz = findLoadedCLass(name);
      if(clazz !=null){
         return clazz;
      }
      clazz = findClass(name);
      if(clazz != null){
         return clazz;
      }
      ClassLoader parent = getParent();
      if(parent != null){
         return parent.loadClass(name);
      }else{
         return super.loadClass(name, resolve);
      }
   }
}

六、类加载器的隔离作用

类加载器的一个重要特性是为它加载的Java类创建了隔离空间，相当于添加了一个新的名称空间。

首先，Java虚拟机是符合判断两个Java类是否相等的：

1、Java类的全名是否相等

2、定义类加载器对象是否相等（即调用defineClass所在的类）

这样，即使同一个类，只要通过不同定义类加载器加载，然后实例出的对象， 互相转换类型，就会抛出ClassCastException异常。

使用场景：

使同名的Java类可以在虚拟机中共存：

版本更新，用户希望使用新的版本，又希望基于老版本的代码可以继续运行。

新老版本保存在不同的文件目录下。

public interface Versionized{
   String getVersion();
}

public class ServiceFactory{
   public static Versionized getService(String className,String version)throws Exception{
      Path  path = Paths.get("service",version);
      FileSystemClassLoader loader = new FileSystemClassLoader(path);
      Class<?>  clazz = loader.loadClass(className);
      return (Versionized) class.newInstance();
   }
}

public class ServiceConsumer{
   public void consume() throws Exception{
      String serviceName = 'com.foo.bar';
      Versionized v1 = ServiceFactory.getService(serviceName,"v1");
      Versionized v2 = ServiceFactory.getService(serviceName,"v2");
   }
}

七、线程上下文类加载器

java.lang.Thread类的两个方法：getContextClassLoader和setContextClassLoader，简单易懂。

如果没有显式调用过setContextClassLoader，线程的上下文类加载器为 父线程的上下文类加载器。

程序启动时的第一个线程的上下文类加载器默认是 Java平台的系统类加载器对象。

线程上下文类加载器，提供了一种直接的方式在程序的各部分之间共享ClassLoader类的对象。（从某种程度上也绕过了树状模型）

比如A类和B类， 需要确保同一个类加载器来加载，一般流程需要在A和B之间 传递ClassLoader对象，而使用线程上下文类加载器提供了更方便和简洁的做法。

八、Class.forName方法

Class.forName方法的作用是根据Java类的名称得到对应的Class类的对象。

Class.forName方法和ClassLoader类的重要区别是，Class.forName可以初始化Java类，而ClassLoader不行。（初始化意味着，静态变量初始化，静态代码块执行）

九、加载资源

使用类加载器加载的资源，通常与class文件保存在同一个，目录下，或同一个jar包中。

与文件操作API想比， 类加载器加载资源可以使用相对路径， 而文件API需要绝对路径。

ClassLoader类中负责加载资源的方法是 getResource（找单个），getResources（找多个），getResourceAsStream（内部调用了getResource得到URL类对象，再调用对象的opernStream获得InpuStream），

加载资源的策略同样是 父类优先，如果父类为null，通过启动类加载器来查找。

与findClass 相对应的 是 findResource方法， 如果要自定义资源查找机制，覆盖此方法。

当需要使用系统类加载器加载资源时，可以直接使用ClassLoader的静态方法，getSystemResource、getSystemResourceAsStream、getSystemResources。他们先得到系统类加载器，再调用对应方法，如果当前系统类加载器为null，则通过启动类加载来加载。

例子：

public class LoadResource{
   public Properties loadConfig() throws IOexception{
      ClassLoader loader =  this.getClass().getClassLoader();
      InputStream input = loader.getResourceAsStream("com/foo/bar/config.properties");
      if(input == null){
         throw new IOException("找不到配置文件。");
      }
      Properties props = new Properties();      
      props.load(input);      
      return props;   
   }
}   

除了ClassLoader类中的方法来加载资源外，Class类中同样有相关方法来加载资源，名称也相同。

内部其实是Class调用了getClassLoader方法得到 ClassLoader类，然后加载资源。

使用Class类的优势是，会对资源名称进行转换，会自动在资源名称前加上Class类的对象所在的包的名称。（就是找文件更方便了）。