类加载器是 Java 语言的一个创新，也是 Java 语言流行的重要原因之一。它使得 Java 类可以被动态加载到 Java 虚拟机中并执行。

类加载器（class loader）用来加载 Java 类到 Java 虚拟机中。一般来说，Java 虚拟机使用 Java 类的方式如下：Java 源程序（.java 文件）在经过 Java 编译器编译之后就被转换成 Java 字节代码（.class 文件）。类加载器负责读取 Java 字节代码，并转换成 java.lang.Class类的一个实例。每个这样的实例用来表示一个 Java 类。通过此实例的 newInstance()方法就可以创建出该类的一个对象。实际的情况可能更加复杂，比如 Java 字节代码可能是通过工具动态生成的，也可能是通过网络下载的。

双亲委派模型

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加载。

类加载器双亲委派模型.png

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当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承（Inheritance）的关系来实现，而是都使用组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。

使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处就是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。例如类java.lang.Object，它存放在rt.jar之中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。

双亲委派模型对于保证Java程序的稳定运作很重要，但它的实现却非常简单，实现双亲委派的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中，如代码清单7-10所示，逻辑清晰易懂：先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父类加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException {

            // 先检查类是否已经加载过
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                     //如果父类加载器抛出ClassNotFoundException
                     //说明父类加载器无法完成加载请求
                }

                if (c == null) {
                    //在父类加载器无法加载的时候
                    //再调用本身的findClass方法来进行类加载
                    c = findClass(name);
                }
            }
            return c;
    }

Java 中的类加载器大致可以分成两类，一类是系统提供的，另外一类则是由 Java 应用开发人员编写的。系统提供的类加载器主要有下面三个：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

这个类加载器负责将存放在＜JAVA_HOME＞\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。
String类就是rt.jar里面提供的，这个类我们经常用，下面我们看下String类的类加载器是什么。

public static void main(String[] args) {    
    ClassLoader cl = String.class.getClassLoader();
    System.out.println(cl);
}

执行结果如下。
null
可知由于BootstrapClassloader对Java不可见，所以返回了null，我们也可以通过看某一个类的加载器是否为null来作为判断该类是不是使用BootstrapClassloader进行加载的依据。另外ExtClassLoader的父加载器返回的null，那是否说明ExtClassLoader的父加载器是BootstrapClassloader呢？

扩展类加载器（Extension ClassLoader）

这个加载器由sun.misc.Launcher $ExtClassLoader实现，它负责加载＜JAVA_HOME＞\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

应用程序类加载器（Application ClassLoader）

这个类加载器由sun.misc.Launcher $App-ClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，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。

调用ClassLoader.getSystemClassLoader（）可以获取该类加载器。如果没有特别指定，则用户自定义的任何类加载器都将该类加载器作为它的父加载器，这点通过java.lang.ClassLoader的无参构造函数可以证明，代码如下

public abstract class ClassLoader {
    protected ClassLoader() {
        this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());
    }
    private static Void checkCreateClassLoader() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkCreateClassLoader();
        }
        return null;
    }
    private static synchronized void initSystemClassLoader() {
        if (!sclSet) {
            if (scl != null)
                throw new IllegalStateException("recursive invocation");
            sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher();
            if (l != null) {
                Throwable oops = null;
                //从launcher中获取classloader
                scl = l.getClassLoader();
                try {
                    scl = AccessController.doPrivileged(
                        new SystemClassLoaderAction(scl));
                } catch (PrivilegedActionException pae) {
                    oops = pae.getCause();
                    if (oops instanceof InvocationTargetException) {
                        oops = oops.getCause();
                    }
                }
                if (oops != null) {
                    if (oops instanceof Error) {
                        throw (Error) oops;
                    } else {
                        // wrap the exception
                        throw new Error(oops);
                    }
                }
            }
            sclSet = true;
        }
    }

下面看一下Launcher中的实现：

public class Launcher {
    private ClassLoader loader;
    public Launcher() {
        ...
        try {
            this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
        } catch (IOException var9) {
            throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
        }
        ...
    }
    static class AppClassLoader extends URLClassLoader {
        final URLClassPath ucp = SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this);

        public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader var0) throws IOException {
            final String var1 = System.getProperty("java.class.path");
            final File[] var2 = var1 == null ? new File[0] : Launcher.getClassPath(var1);
            return (ClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Launcher.AppClassLoader>() {
                public Launcher.AppClassLoader run() {
                    URL[] var1x = var1 == null ? new URL[0] : Launcher.pathToURLs(var2);
                    return new Launcher.AppClassLoader(var1x, var0);
                }
            });
        }
    }
}

从AppClassLoader的构造函数中可以看到，通过获得classpath加载路径来创建应用程序加载器（看到这是不是终于知道环境变量里的java.class.path干嘛用的了）
另外我们写的含有main函数的类的加载就是使用该类加载器进行加载的，证明如下：

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader cl = App2.class.getClassLoader();
        System.out.println(cl);
        System.out.println(cl.getParent());
    }

运行结果如下。

sun.misc.Launcher$AppClassLoader
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
并且可以看出AppClassLoader的父加载器是ExtClassLoader

除了系统提供的类加载器以外，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，以满足一些特殊的需求。

自定义类加载器

其中有如下三个比较重要的方法

方法	说明
defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)	把字节数组 b中的内容转换成 Java 类，该字节数组可以看成是二进制流字节组成的文件，返回的结果是java.lang.Class类的实例。这个方法被声明为 final的。
loadClass(String name)	上文中已贴出源码，实现了双亲委派模型，调用findClass()执行类加载动作,返回的是java.lang.Class类的实例。
findClass(String name)	通过传入的类全限定名name来获取对应的类，返回的是java.lang.Class类的实例，该类没有提供具体的实现，开发者在自定义类加载器时需重用此方法，在实现此方法时需调用defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)方法。

我们可以容易地意识到自定义类加载器有以下两种方式：

• 采用双亲委派模型：继承ClassLoader类，只需重写其的findClass(String name)方法，而不需重写loadClass(String name)方法。
• 破坏双亲委派模型：继承ClassLoader类，需要整个重写实现了双亲委派模型逻辑的loadClass(String name)方法。

下面我们来实现一个自定义类加载器，用来加载存储在文件系统上的 Java 字节代码。

public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader { 
 
   private String rootDir; 
 
   public FileSystemClassLoader(String rootDir) { 
       this.rootDir = rootDir; 
   } 
 
   @Override
   protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
       byte[] classData = getClassData(name); 
       if (classData == null) { 
           throw new ClassNotFoundException(); 
       } 
       else { 
           return defineClass(name, classData, 0, classData.length); 
       } 
   } 
 
   private byte[] getClassData(String className) { 
       String path = classNameToPath(className); 
       try { 
           InputStream ins = new FileInputStream(path); 
           ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); 
           int bufferSize = 4096; 
           byte[] buffer = new byte[bufferSize]; 
           int bytesNumRead = 0; 
           while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) { 
               baos.write(buffer, 0, bytesNumRead); 
           } 
           return baos.toByteArray(); 
       } catch (IOException e) { 
           e.printStackTrace(); 
       } 
       return null; 
   } 
 
   private String classNameToPath(String className) { 
       return rootDir + File.separatorChar 
               + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class"; 
   } 
}

类 FileSystemClassLoader的 findClass()方法首先根据类的全名在硬盘上查找类的字节代码文件（.class 文件），然后读取该文件内容，最后通过 defineClass()方法来把这些字节代码转换成 java.lang.Class类的实例。