JVM类加载器之ClassLoader的使用详解

介绍：

JVM是Java虚拟机的缩写，负责Java程序的编译、解释与运行。而Java程序在被JVM虚拟机执行前，需要被编译成字节码。在Java程序的运行中，JVM会使用ClassLoader来加载这些字节码，并将其转化为Java可执行的字节码。ClassLoader的作用就是用来加载类的，加载的类可以来自本地文件系统、JAR包、网络以及其他的上层数据源。本文将从ClassLoader的基本概念、ClassLoader的使用和自定义ClassLoader来详细讲解JVM类加载器之ClassLoader的使用。

一、ClassLoader的基本概念

ClassLoader的任务就是根据一个className将class文件加载到内存中。在Java中，ClassLoader有以下几个重要的属性和方法：

1. ClassLoader是一个抽象类，定义了如下方法：

public abstract class ClassLoader{
    public final ClassLoader getParent();
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException;
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException;
}

其中，getParent()方法用于获取当前ClassLoader的父ClassLoader，findClass()方法用于查找类，loadClass()方法用于加载类。

1. Bootstrap ClassLoader
   Bootstrap ClassLoader是JVM启动时加载的最基本的ClassLoader，它主要是用来加载JDK自己的核心类库(system classes)，比如rt.jar等，同时也是加载第三方JAR包中META-INF/services/java.sql.Driver中的实现类。

2. Extension ClassLoader
   Extension ClassLoader用于加载JRE扩展目录中的Jar包中的类，其父ClassLoader为Bootstrap ClassLoader。

3. System ClassLoader
   System ClassLoader也被称为Application ClassLoader，即用于加载应用程序classpath目录下的类，同时也可以加载-Djava.class.path指定路径下的类。

二、ClassLoader的使用

ClassLoader一般有以下使用方法：

1. ClassLoader.getSystemClassLoader()方法获取系统ClassLoader，可以使用ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("com.example.Test")来加载Test类。

2. ClassLoader.getClassLoader()方法获取当前线程的ClassLoader，比如Thread.currentThread().getContextClassLoader()。

3. 使用自定义ClassLoader，可以继承ClassLoader抽象类，实现findClass()方法来加载类。

下面是ClassLoader示例代码：

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //获取系统ClassLoader
            ClassLoader systemLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
            //加载类
            Class testClass = systemLoader.loadClass("com.example.Test");
            System.out.println("Loaded class: " + testClass.getName());

            //获取当前线程的ClassLoader
            ClassLoader currentLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
            //加载类
            Class testClass2 = currentLoader.loadClass("com.example.Test");
            System.out.println("Loaded class: " + testClass2.getName());

            //使用自定义ClassLoader加载类
            ClassLoader customLoader = new CustomClassLoader();
            Class testClass3 = customLoader.loadClass("com.example.Test");
            System.out.println("Loaded class: " + testClass3.getName());
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

//自定义ClassLoader
class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        //从网络或其他位置获取类的二进制流
        byte[] classBytes = getClassBytes(name);
        //使用defineClass方法将二进制流转换成Class对象
        return defineClass(name, classBytes, 0, classBytes.length);
    }

    //根据类名，从网络或其他位置获取类的二进制流
    private byte[] getClassBytes(String name) {
        //省略网络获取代码
        return null;
    }
}

三、自定义ClassLoader

如何使用自定义ClassLoader？

自定义ClassLoader主要有以下几个步骤：

1. 继承ClassLoader抽象类

2. 重写findClass()方法

3. 通过defineClass()方法将二进制流转换成Class对象返回

4. 使用自定义ClassLoader加载类

下面是一个基本的自定义ClassLoader示例：

class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    /**
     * 根据类名查找类
     *
     * @param name 类名
     * @return Class对象
     * @throws ClassNotFoundException 查找不到对应的类时，抛出此异常
     */
    @Override
    public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        String filePath = "/path/to/class/Student.class";
        byte[] classBytes = getClassBytes(filePath);
        if (classBytes == null) {
            throw new ClassNotFoundException("Can't find class: " + name);
        }
        return defineClass(name, classBytes, 0, classBytes.length);
    }

    /**
     * 从文件中获取字节码
     *
     * @param filePath class文件路径
     * @return 返回字节码
     */
    private byte[] getClassBytes(String filePath) {
        // 省略实现
        return null;
    }
}

public class CustomClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader();
            Class clazz = customClassLoader.loadClass("com.example.Student");
            System.out.println("Loaded class: " + clazz.getName());
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

以上就是JVM类加载器之ClassLoader的使用详解的完整攻略。