一. 什么是ClassLoader

程序在啟動(dòng)的時(shí)候，并不會(huì)一次性加載程序所要用的所有class文件，而是根據(jù)程序的需要，通過Java的類加載機(jī)制（ClassLoader）來動(dòng)態(tài)加載某個(gè)class文件到內(nèi)存當(dāng)中的，從而只有class文件被載入到了內(nèi)存之后，才能被其它c(diǎn)lass所引用。所以ClassLoader就是用來動(dòng)態(tài)加載class文件到內(nèi)存當(dāng)中用的
先大體了解一下ClassLoader的API：

package java.lang;

public abstract class ClassLoader {
 public Class loadClass(String name);

 protected Class defineClass(byte[] b);

 public URL getResource(String name);

 public Enumeration getResources(String name);

 public ClassLoader getParent();
}

二、Java默認(rèn)提供的三個(gè)ClassLoader

• Bootstrap ClassLoader：稱為啟動(dòng)類加載器，是Java類加載層次中最頂層的類加載器，負(fù)責(zé)加載JDK中的核心類庫(kù)，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通過如下程序獲得該類加載器從哪些地方加載了相關(guān)的jar或class文件：

package com.zlb.ClassLoader;
import java.net.URL;
public class LoaderJar {
    public static void main(String[] args) {
        @SuppressWarnings("restriction")
        URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();  
        for (int i = 0; i < urls.length; i++) {  
            System.out.println(urls[i].toExternalForm());  
        }
        System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));
    }
}   
結(jié)果：
file:/D:/MyEclipse2014/binary/com.sun.java.jdk7.win32.x86_64_1.7.0.u45/jre/lib/resources.jar
file:/D:/MyEclipse2014/binary/com.sun.java.jdk7.win32.x86_64_1.7.0.u45/jre/lib/rt.jar
file:/D:/MyEclipse2014/binary/com.sun.java.jdk7.win32.x86_64_1.7.0.u45/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/MyEclipse2014/binary/com.sun.java.jdk7.win32.x86_64_1.7.0.u45/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/MyEclipse2014/binary/com.sun.java.jdk7.win32.x86_64_1.7.0.u45/jre/lib/jce.jar
file:/D:/MyEclipse2014/binary/com.sun.java.jdk7.win32.x86_64_1.7.0.u45/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/MyEclipse2014/binary/com.sun.java.jdk7.win32.x86_64_1.7.0.u45/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/MyEclipse2014/binary/com.sun.java.jdk7.win32.x86_64_1.7.0.u45/jre/classes

• Extension ClassLoader：稱為擴(kuò)展類加載器，負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展類庫(kù)，默認(rèn)加載JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
• App ClassLoader：稱為系統(tǒng)類加載器，負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序classpath目錄下的所有jar和class文件。

注意： 除了Java默認(rèn)提供的三個(gè)ClassLoader之外，用戶還可以根據(jù)需要定義自已的ClassLoader，而這些自定義的ClassLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類，也包括Java提供的另外二個(gè)ClassLoader（Extension ClassLoader和App ClassLoader）在內(nèi)，但是Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader，因?yàn)樗皇且粋€(gè)普通的Java類，底層由C++編寫，已嵌入到了JVM內(nèi)核當(dāng)中，當(dāng)JVM啟動(dòng)后，Bootstrap ClassLoader也隨著啟動(dòng)，負(fù)責(zé)加載完核心類庫(kù)后，并構(gòu)造Extension ClassLoader和App ClassLoader類加載器。

三、ClassLoader加載類的原理

• 原理介紹
  ClassLoader使用的是雙親委托模型來搜索類的，每個(gè)ClassLoader實(shí)例都有一個(gè)父類加載器的引用（不是繼承的關(guān)系，是一個(gè)包含的關(guān)系），虛擬機(jī)內(nèi)置的類加載器（Bootstrap ClassLoader）本身沒有父類加載器，但可以用作其它ClassLoader實(shí)例的的父類加載器。當(dāng)一個(gè)ClassLoader實(shí)例需要加載某個(gè)類時(shí)，它會(huì)試圖親自搜索某個(gè)類之前，先把這個(gè)任務(wù)委托給它的父類加載器，這個(gè)過程是由上至下依次檢查的，首先由最頂層的類加載器Bootstrap ClassLoader試圖加載，如果沒加載到，則把任務(wù)轉(zhuǎn)交給Extension ClassLoader試圖加載，如果也沒加載到，則轉(zhuǎn)交給App ClassLoader 進(jìn)行加載，如果它也沒有加載得到的話，則返回給委托的發(fā)起者，由它到指定的文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)等URL中加載該類。如果它們都沒有加載到這個(gè)類時(shí)，則拋出ClassNotFoundException異常。否則將這個(gè)找到的類生成一個(gè)類的定義，并將它加載到內(nèi)存當(dāng)中，最后返回這個(gè)類在內(nèi)存中的Class實(shí)例對(duì)象

• 為什么要使用雙親委托這種模型呢？
  因?yàn)檫@樣可以避免重復(fù)加載，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類的時(shí)候，就沒有必要子ClassLoader再加載一次。考慮到安全因素，我們?cè)囅胍幌?，如果不使用這種委托模式，那我們就可以隨時(shí)使用自定義的String來動(dòng)態(tài)替代java核心api中定義的類型，這樣會(huì)存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式，就可以避免這種情況，因?yàn)镾tring已經(jīng)在啟動(dòng)時(shí)就被引導(dǎo)類加載器（Bootstrcp ClassLoader）加載，所以用戶自定義的ClassLoader永遠(yuǎn)也無法加載一個(gè)自己寫的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類的默認(rèn)算法。

• 驗(yàn)證ClassLoader加載原理
  測(cè)試一

package com.zlb.ClassLoader;
public class LoaderParent {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader loader = LoaderParent.class.getClassLoader();    //獲得加載LoaderParent.class這個(gè)類的類加載器  
        while(loader != null) {  
            System.out.println(loader);  
            loader = loader.getParent();    //獲得父類加載器的引用  
        }  
        System.out.println(loader);
    }
}
結(jié)果：
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@456d3d51
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@6d4b473
null

第一行結(jié)果說明：LoaderParent 的類加載器是AppClassLoader。

第二行結(jié)果說明：AppClassLoader的類加器是ExtClassLoader，即parent=ExtClassLoader。

第三行結(jié)果說明：ExtClassLoader的類加器是Bootstrap ClassLoader，因?yàn)锽ootstrap ClassLoader不是一個(gè)普通的Java類，所以ExtClassLoader的parent=null，所以第三行的打印結(jié)果為null就是這個(gè)原因

測(cè)試二
將LoaderParent.class打包成LoaderParent.jar，放到MyEclipse 的 Extension ClassLoader的加載目錄下（D:\MyEclipse2014\binary\com.sun.java.jdk7.win32.x86_64_1.7.0.u45\jre\lib\ext），然后重新運(yùn)行這個(gè)程序，得到的結(jié)果會(huì)是什么樣呢？

LoaderParent.jar

運(yùn)行結(jié)果：

sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@456d3d51
null

• JVM在搜索類的時(shí)候，又是如何判定兩個(gè)class是相同的呢

JVM在判定兩個(gè)class是否相同時(shí)，不僅要判斷兩個(gè)類名是否相同，而且要判斷是否由同一個(gè)類加載器實(shí)例加載的。只有兩者同時(shí)滿足的情況下，JVM才認(rèn)為這兩個(gè)class是相同的。就算兩個(gè)class是同一份class字節(jié)碼，如果被兩個(gè)不同的ClassLoader實(shí)例所加載，JVM也會(huì)認(rèn)為它們是兩個(gè)不同class。比如網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)Java類org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac編譯之后生成字節(jié)碼文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB這兩個(gè)類加載器并讀取了NetClassLoaderSimple.class文件，并分別定義出了java.lang.Class實(shí)例來表示這個(gè)類，對(duì)于JVM來說，它們是兩個(gè)不同的實(shí)例對(duì)象，但它們確實(shí)是同一份字節(jié)碼文件，如果試圖將這個(gè)Class實(shí)例生成具體的對(duì)象進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，就會(huì)拋運(yùn)行時(shí)異常java.lang.ClassCaseException，提示這是兩個(gè)不同的類型

四、ClassLoader異常

• NoClassDefFoundError

package com.zlb.servlet;
import java.io.IOException;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import junit.framework.TestCase;
@WebServlet(name = "NoClassDefFoundErrorServlet", urlPatterns = "/noClassDefFoundError.do")
public class NoClassDefFoundErrorServlet extends HttpServlet{
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
            throws ServletException, IOException {
        resp.getWriter().println(TestCase.class.toString());
    }
    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
            throws ServletException, IOException {
        doGet(req, resp);
    }

}

junit.jar在maven 依賴包中有所以編譯不報(bào)錯(cuò)，但在WEB-INF包中沒有，所以最后運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)NoClassDefFoundError。我們需要從最終的war包中確定是否存在這個(gè)類，而不是在IDE中進(jìn)行搜索。

• NoSuchMethodError

package com.zlb.servlet;
import java.io.IOException;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import org.springframework.beans.factory.BeanFactoryUtils;
@WebServlet(name = "NoSuchMethodErrorServlet", urlPatterns = { "/noSuchMethodError.do" })
public class NoSuchMethodErrorServlet extends HttpServlet {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
            throws ServletException, IOException {
         BeanFactoryUtils.isGeneratedBeanName("xxx");
         resp.getWriter().println("done.");
    }
}

• ClassCastException

package com.zlb.ClassLoader;
public class NewworkClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        String rootURI = "E:\\WorkSpaceSSH\\ClassLoader\\target\\classes\\";  
        String className = "com.zlb.ClassLoader.NetClassLoaderSimple";  
        NetworkClassLoader ncl1 = new NetworkClassLoader(rootURI);
        NetworkClassLoader ncl2 = new NetworkClassLoader(rootURI);  
        try {
             Class<?>  clazz1 = ncl1.findClass(className);
             Class<?>  clazz2 = ncl2.findClass(className);  
             Object obj1 = clazz1.newInstance();  
             Object obj2 = clazz2.newInstance();  
             clazz1.getMethod("setNetClassLoaderSimple", Object.class).invoke(obj1, obj2);  
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }  
    }
}
結(jié)果：
java.lang.reflect.InvocationTargetException
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)
    at com.zlb.ClassLoader.NewworkClassLoaderTest.main(NewworkClassLoaderTest.java:14)
Caused by: java.lang.ClassCastException: com.zlb.ClassLoader.NetClassLoaderSimple cannot be cast to com.zlb.ClassLoader.NetClassLoaderSimple
    at com.zlb.ClassLoader.NetClassLoaderSimple.setNetClassLoaderSimple(NetClassLoaderSimple.java:8)
    ... 5 more

結(jié)論：從結(jié)果中可以看出，雖然是同一份class字節(jié)碼文件，但是由于被兩個(gè)不同的ClassLoader實(shí)例所加載，所以JVM認(rèn)為它們就是兩個(gè)不同的類