类加载器

类加载器（ClassLoader）是 Java 虚拟机（JVM）的重要组成部分，其主要职责是将字节码文件（.class 文件）加载到 JVM 内存中，并生成对应的 Class 对象。

Java 中的类加载器主要分为以下四类：

1. Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）
   • 加载 JAVA_HOME/jre/lib 目录下的核心类库（如 rt.jar）。
   • 由 C/C++ 实现，无法通过 Java 代码直接访问。
2. Extension ClassLoader（扩展类加载器）
   • 加载 JAVA_HOME/jre/lib/ext 目录下的扩展类库。
   • 父加载器为 Bootstrap ClassLoader。
3. Application ClassLoader（应用程序类加载器）
   • 加载用户类路径（classpath）下的类（如项目代码、第三方依赖）。
   • 父加载器为 Extension ClassLoader。
4. 自定义类加载器
   • 继承 ClassLoader 类并重写 findClass() 方法。
   • 作用：
     • 实现类隔离（如不同版本库共存）。
     • 破坏双亲委派（通过重写 loadClass() 逻辑）。
   • 父加载器默认为 Application ClassLoader。

双亲委派模型

工作过程

1. 类加载器收到类加载请求后，不立即加载，而是将请求委派给父加载器处理。
2. 递归执行上述过程，直至请求传递至 Bootstrap ClassLoader。
3. 若父加载器无法完成加载（搜索范围中未找到类），子加载器才尝试自行加载。

类加载器的父子关系通过组合（非继承）实现

在 Java 中，类加载器之间的父子关系是通过组合（Composition）实现的。具体来说，每个类加载器对象内部持有一个对父类加载器的引用（通常通过 parent 字段），而不是通过继承（extends）父类加载器来实现这种关系。

优势

• 类的唯一性：避免核心类被重复加载（如 java.lang.Object 仅由启动类加载器加载一次）。
• 安全性：防止用户自定义类覆盖核心类（如自定义 java.lang.String 会被父加载器拦截）。

破坏双亲委派模型

实现方式

重写 ClassLoader.loadClass() 方法，绕过“优先委派父加载器”的默认逻辑。

典型案例：Tomcat

Tomcat 作为 Web 容器，需同时运行多个 Web 应用程序。但：

• 多个 Web 应用需同时运行，可能依赖相同全限定名但不同版本的类库（如 Spring 5.x 与 6.x）。
• 双亲委派机制无法加载同名类的多个版本。

Tomcat 的解决方案是引入 WebappClassLoader 和 SharedClassLoader：

1. WebAppClassLoader（自定义类加载器）
   • 每个 Web 应用独立使用一个 WebAppClassLoader。
   • 重写 loadClass()：优先加载应用私有目录（/WEB-INF/classes 和 /WEB-INF/lib）中的类，跳过双亲委派。
   • 效果：相同全限定名的类由不同类加载器加载，JVM 视为不同类（因类加载器不同）。
2. SharedClassLoader（共享类加载器）
   • 加载公共目录（如 $CATALINA_HOME/shared）中的类库（如通用 Spring 版本）。
   • 被所有 WebAppClassLoader 共享，避免重复加载公共类库，节省内存。

通过分层隔离机制，实现：

• 应用间类隔离（私有类独立加载）。
• 公共类复用（共享类库统一加载）。