JAVA类加载机制以及如何自定义类加载器

从双亲委派说起

• 启动（Bootstrap）类加载器：是用本地代码实现的类装入器，它负责将 <Java_Runtime_Home>/lib下面的类库加载到内存中（比如rt.jar）。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作。
• 标准扩展（Extension）类加载器：是由 Sun 的 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的。它负责将< Java_Runtime_Home >/lib/ext或者由系统变量 java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。
• 系统（System）类加载器：是由 Sun 的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的。它负责将系统类路径（CLASSPATH）中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加载器。 除了以上列举的三种类加载器，还有一种比较特殊的类型 — 线程上下文类加载器。

双亲委派机制描述

• 某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。

Tomcat的类加载机制

本文主要以tomcat7为例说明类加载机制，大家也可以参考tomcat7的类加载机制的官方文档。Tomcat7总的ClassLoader结构如下图：

各个类加载器加载类的范围：

• Bootstrap：包括java虚机机的基本类，以及$JAVA_HOME/jre/lib/ext下的类。
• System：包括CLASSPATH环境变量的类，主要是$CATALINA_HOME/bin/bootstrap.jar和$CATALINA_BASE/bin/tomcat-juli.jar两个jar包
• Common：包括tomcat的基本类，主要是$CATALINA_BASE/lib下的所有jar包
• WebappX：应用相关类，保证应用之间的类隔离。先加载/WEB-INF/classes，再加载/WEB-INF/lib/*.jar

加载顺序默认如下

• Bootstrap classes of your JVM
• /WEB-INF/classes of your web application
• /WEB-INF/lib/*.jar of your web application
• System class loader classes (described above)
• Common class loader classes (described above)

如果设置了<Loader delegate="true"/>，加载顺序如下：

• Bootstrap classes of your JVM
• System class loader classes (described above)
• Common class loader classes (described above)
• /WEB-INF/classes of your web application
• /WEB-INF/lib/*.jar of your web application

setContextClassLoader的理解

JDK的解释是这样的：

Sets the context ClassLoader for this Thread. The context ClassLoader can be set when a thread is created, and allows the creator of the thread to provide the appropriate class loader, through , to code running in the thread when loading classes and resources.

并不是给线程设置了ContextClassLoader，这个线程下加载的类就都使用该ContextClassLoader。ContextClassLoader的用途是提供一个途径，使得线程运行时可以随时获得指定的ContextClassLoader进行类的加载，通过这个这种方式可以避开双亲委派模型，最典型的应用是JDBC、JNDI。

自定义的ClassLoader

自定义的ClassLoader通过继承ClassLoader来实现，也可以使用URLClassLoader更简单。如果需要改写类的加载过程最好覆盖findClass()而不是loadClass()，loadClass()是为了保持jdk1.2之前的兼容。使用findClass()能保证不会违背双亲委派模式。

如何使用自定义的ClassLoader new出对象呢？前面说过的setContextClassLoader是不对的，必须用自定义的ClassLoader，通过反射实例化一个初始类，由该初始类加载的其他类就都会使用自定义的ClassLoader了。可以分析一下tomcat的代码：

Class<?> startupClass =
        catalinaLoader.loadClass
        ("org.apache.catalina.startup.Catalina");
    Object startupInstance = startupClass.newInstance();

通过反射机制调用startupInstance的方法，之后的类就会都有自定义的ClassLoader加载，当然有个前提就是不能违背双亲委派模型——自定义的ClassLoader加载的类在父ClassLoader加载的类中不存在。为什么要这么做？类加载的时候有一个规律，被加载类使用调用者所用的ClassLoader进行类的加载。可以通过Class.forName()的代码得到这个结论：

 

public static Class<?> forName(String className)
            throws ClassNotFoundException {
    Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
    return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
}