一、类加载过程

类从加载到虚拟机到卸载，经历以下阶段：

加载

将.class文件加载到内存，创建Class对象。

加载方式：

  • 从本地文件系统加载
  • 从网络获取
  • 从zip包读取
  • 运行时计算生成

连接

验证：

  • 文件格式验证
  • 元数据验证
  • 字节码验证
  • 符号引用验证

准备：为类变量分配内存并设置初始值。

解析：将符号引用替换为直接引用。

初始化

执行类构造器方法，初始化类变量和执行静态代码块。

二、类加载器

启动类加载器

Bootstrap ClassLoader，负责加载Java核心类库。

加载路径：

  • JAVA_HOME/lib/rt.jar
  • JAVA_HOME/lib/resources.jar
  • JAVA_HOME/lib/sunrt.jar

扩展类加载器

Extension ClassLoader，负责加载扩展类库。

加载路径：

  • JAVA_HOME/lib/ext目录

应用类加载器

Application ClassLoader，负责加载用户类路径上的类。

加载路径：

  • classpath路径

自定义类加载器

继承ClassLoader类，实现findClass方法。

用途：

  • 从非标准来源加载类
  • 实现类隔离
  • 实现热部署

三、双亲委派模型

模型结构

类加载器之间的父子关系：

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启动类加载器
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扩展类加载器
     ↑
应用类加载器
     ↑
自定义类加载器

工作流程

类加载器收到加载请求时：

  1. 委托父类加载器加载
  2. 父类加载器无法加载时，自己尝试加载

优势

安全性：

  • 核心类库不会被自定义类覆盖
  • 防止恶意代码替换核心类

一致性：

  • 同一个类由同一个加载器加载
  • 避免类重复加载

四、双亲委派的实现

ClassLoader的loadClass方法：

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protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 检查是否已加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                if (parent != null) {
                    // 委托父加载器
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // 委托启动类加载器
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
            }
            
            if (c == null) {
                // 自己加载
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

五、打破双亲委派模型

何时需要打破

  • 需要加载不同版本的同名类
  • 实现类的隔离和热部署
  • SPI机制（JDBC等）

实现方式

重写loadClass方法，不委托父加载器：

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@Override
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    // 自定义加载逻辑
    return findClass(name);
}

线程上下文类加载器

SPI机制使用线程上下文类加载器加载接口实现类：

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Thread.currentThread().getContextClassLoader()

六、Tomcat类加载机制

Tomcat自定义类加载器实现Web应用隔离：

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CommonClassLoader：共享类库
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CatalinaClassLoader：Tomcat自身类
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SharedClassLoader：Web应用共享类
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WebAppClassLoader：每个Web应用独立

优势：

  • Web应用之间类隔离
  • 支持不同版本的同名类
  • 支持热部署

七、总结

类加载机制要点：

  • 类加载过程：加载、连接、初始化
  • 三层类加载器：启动、扩展、应用
  • 双亲委派模型保证安全性和一致性
  • 特殊场景可打破双亲委派

理解类加载机制有助于解决类冲突、实现模块化和热部署。