Java类加载器ClassLoader的使用详解

类加载器ClassLoader是Java虚拟机(JVM)中至关重要的一部分，它负责将字节码文件加载到JVM中并创建相应的Java对象。本文将详细介绍ClassLoader的使用方法。

什么是ClassLoader

ClassLoader是Java中的一个内置类，负责将类文件（.class文件）装载到内存中，并完成类的初始化工作，将初始化之后的Class对象保存起来供Java程序调用。ClassLoader能够实现的功能包括：

• 将字节码文件(.class)读取到JVM中，即装载；
• 将字节码文件转换成称为Class对象的内存对象，并返回该对象；
• 管理Class对象，包括Class对象的卸载。

ClassLoader是由Java虚拟机接口java.lang.ClassLoader定义的一个类。

类加载器的种类

在Java中，存在三种类加载器：

1. Bootstrap ClassLoader

   Java虚拟机内置的，负责加载JVM运行依赖的核心类库，如java.lang.、java.io.等。Bootstrap ClassLoader无法被Java程序直接引用，因为在Java程序运行期间，它们都已经被加载进JVM了。

2. Extension ClassLoader

   Extension ClassLoader由Java虚拟机实现，用来加载JVM扩展直接相关的类，如javax.*等。

3. System ClassLoader

   System ClassLoader由Java虚拟机实现，用来加载Java应用程序的class文件。

如何使用ClassLoader

ClassLoader的使用方法如下：

public final class ClassLoader extends Object {
    // 参数parent为父类加载器，若没有父类加载器，传入null即可
    protected ClassLoader(ClassLoader parent) {
        // ...
    }

    // 加载类文件并返回对应类的Class对象
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // ...
    }
}

以上代码中，ClassLoader定义了一个参数为父类加载器(parent)的构造器和一个加载类文件的方法。

下面是两个示例：

示例1：使用自定义ClassLoader加载类

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    // 自定义ClassLoader，使用默认父类加载器
    public MyClassLoader() {
        super();
    }

    // 自定义ClassLoader，指定父类加载器
    public MyClassLoader(ClassLoader parent) {
        super(parent);
    }

    // 通过此方法加载类并返回Class对象
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 定义类文件读取路径（假设类文件存储在磁盘的文件夹/usr/local/java/classes/下）
        String classFile = "/usr/local/java/classes/" + name.replace(".", "/") + ".class";
        InputStream inputStream = null;
        ByteArrayOutputStream outputStream = null;
        try {
            // 利用FileInputStream读取class文件
            inputStream = new FileInputStream(classFile);
            outputStream = new ByteArrayOutputStream();
            // 读入字节码
            int byteValue;
            while ((byteValue = inputStream.read()) != -1) {
                outputStream.write(byteValue);
            }
            // 将字节码转化为类对象，并返回
            byte[] byteClass = outputStream.toByteArray();
            return defineClass(name, byteClass, 0, byteClass.length);
        } catch (Exception e) {
            throw new ClassNotFoundException(e.getMessage(), e);
        } finally {
            try {
                inputStream.close();
                outputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 指定父类加载器
        MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader(ClassLoader.getSystemClassLoader());
        // 加载类文件
        Class<?> clazz = myClassLoader.loadClass("com.example.demo.MyClass");
        // 输出类名
        System.out.println(clazz.getName());
    }
}

以上代码中，自定义了一个MyClassLoader类，通过重载loadClass()方法和覆盖父类加载器来实现类文件加载。

示例2：使用系统默认ClassLoader

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 使用系统ClassLoader加载类文件
        Class<?> clazz = Class.forName("com.example.demo.MyClass");
        // 输出类名
        System.out.println(clazz.getName());
    }
}

在以上代码中，使用Java内置的ClassLoader类来进行类文件加载。由于使用默认ClassLoader，所以无需手动指定父类加载器。

小结

Java中的类加载器ClassLoader负责将类文件（.class文件）装载到内存中，并完成类的初始化工作，将初始化之后的Class对象保存起来供Java程序调用。ClassLoader有三种类型：Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和System ClassLoader。使用ClassLoader需要创建一个继承于ClassLoader类的类。在该类中，重写loadClass()方法实现类文件的读取和转换为Class对象并返回，即可完成类文件的加载。