大家好，我是小米，一個(gè)喜歡分享技術(shù)的程序員。今天我來(lái)給大家簡(jiǎn)述一下Java類加載模型。

在Java中，類的加載過(guò)程是在程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行的。Java的類加載模型可以分為三個(gè)步驟：加載、連接和初始化。

類加載過(guò)程：加載

首先是加載階段，也就是將類的字節(jié)碼加載到內(nèi)存中。在Java中，有三種不同的類加載器：Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。

• Bootstrap ClassLoader是最頂層的類加載器，負(fù)責(zé)加載JRE的核心類庫(kù)，如java.lang包中的類。
• Extension ClassLoader負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展類庫(kù)。
• Application ClassLoader則負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序的類。

類加載過(guò)程：連接

接下來(lái)是連接階段，也就是將加載的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的代碼。連接階段分為三個(gè)步驟：驗(yàn)證、準(zhǔn)備和解析。

• 在驗(yàn)證階段，Java會(huì)對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行驗(yàn)證，確保其符合Java虛擬機(jī)規(guī)范。
• 在準(zhǔn)備階段，Java會(huì)為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值。
• 在解析階段，Java會(huì)將符號(hào)引用解析為直接引用。

類加載過(guò)程：初始化

最后是初始化階段，也就是執(zhí)行類的構(gòu)造函數(shù)，并執(zhí)行靜態(tài)變量的賦值操作。在Java中，類的初始化是線程安全的，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)線程會(huì)執(zhí)行初始化操作。

什么是雙親委派模型

那么，什么是雙親委派模型呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在類加載時(shí)，先由父類加載器去加載，如果父類加載器找不到該類，才由子類加載器去加載。這種模型的好處是可以保證Java程序的安全性和穩(wěn)定性，因?yàn)槿绻割惣虞d器已經(jīng)加載了一個(gè)類，子類加載器就不需要再加載一遍，避免了出現(xiàn)類似于同名類被重復(fù)加載的情況。但是，雙親委派模型也有一些缺點(diǎn)，例如無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)于同一個(gè)類的不同版本的加載，因?yàn)楦割惣虞d器會(huì)優(yōu)先加載已經(jīng)存在的類，導(dǎo)致子類加載器無(wú)法加載另一個(gè)版本的同名類。

為什么Tomcat要自定義類加載器

那么，為什么Tomcat要自定義類加載器呢？這是因?yàn)樵赥omcat中，有多個(gè)Web應(yīng)用程序需要加載自己的類庫(kù)。如果使用Java默認(rèn)的雙親委派模型，可能會(huì)導(dǎo)致同名類庫(kù)被多個(gè)Web應(yīng)用程序重復(fù)加載，浪費(fèi)內(nèi)存資源。所以，Tomcat使用自定義的類加載器來(lái)實(shí)現(xiàn)Web應(yīng)用程序之間的隔離，確保每個(gè)Web應(yīng)用程序只加載自己的類庫(kù)。

案例分析

最后，我用一個(gè)電商項(xiàng)目實(shí)際的案例來(lái)演示自定義類加載器。假設(shè)我們有一個(gè)電商項(xiàng)目，其中包含了一個(gè)名為“Order”的類，我們需要在項(xiàng)目中同時(shí)使用兩個(gè)版本的“Order”類，一個(gè)是1.0版本，一個(gè)是2.0版本。這時(shí)候，我們就可以自定義一個(gè)類加載器，通過(guò)指定不同的類加載路徑，分別加載兩個(gè)版本的“Order”類。具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

在這個(gè)示例中，我們自定義了一個(gè)名為CustomClassLoader的類加載器，它接受一個(gè)classPath參數(shù)，表示要加載類的路徑。在findClass方法中，我們首先通過(guò)loadClassData方法讀取字節(jié)碼文件，然后通過(guò)defineClass方法將字節(jié)碼文件轉(zhuǎn)換為Class對(duì)象返回。

為了演示如何加載兩個(gè)版本的同名類，我們可以分別將兩個(gè)版本的Order類放置于不同的路徑中，然后分別使用兩個(gè)CustomClassLoader實(shí)例加載它們。具體示例如下：

這樣，我們就成功地通過(guò)自定義類加載器加載了兩個(gè)版本的同名類，實(shí)現(xiàn)了類的隔離。

自定義類加載器的場(chǎng)景

除了Tomcat這種容器框架需要自定義類加載器之外，還有其他一些場(chǎng)景也可能需要自定義類加載器。下面列舉一些常見的場(chǎng)景：

• 插件化開發(fā)：是一種常見的開發(fā)模式，通過(guò)動(dòng)態(tài)加載插件，可以使應(yīng)用程序具有更強(qiáng)的可擴(kuò)展性。在插件化開發(fā)中，通常會(huì)涉及到加載不同的插件，這就需要使用自定義類加載器來(lái)實(shí)現(xiàn)不同插件的隔離。自定義類加載器可以使插件之間相互獨(dú)立，不會(huì)相互影響。
• 熱部署：在一些特殊場(chǎng)景下，可能需要對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行熱部署，即在應(yīng)用程序運(yùn)行過(guò)程中替換某些類。為了實(shí)現(xiàn)熱部署，需要使用自定義類加載器，可以在加載類時(shí)重新讀取字節(jié)碼文件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)類的更新。這種方式可以避免應(yīng)用程序的重啟，提高了應(yīng)用程序的可用性。
• 多版本控制：在一些應(yīng)用程序中，可能需要同時(shí)使用多個(gè)版本的同名類。例如，在進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，可能需要同時(shí)存在新舊兩個(gè)版本的類，以保證系統(tǒng)的兼容性。為了實(shí)現(xiàn)多版本控制，需要使用自定義類加載器，可以將不同版本的類隔離開來(lái)，避免沖突。
• 實(shí)現(xiàn)類似于Java EE容器的類加載器層次結(jié)構(gòu)：在一個(gè)Web應(yīng)用程序中，可以定義多個(gè)類加載器，每個(gè)類加載器負(fù)責(zé)加載特定類型的類，并且它們之間形成了一種父子關(guān)系。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類的隔離和管理。
• 防止Java反序列化漏洞：Java序列化和反序列化可以用于將Java對(duì)象轉(zhuǎn)換為字節(jié)流以及從字節(jié)流中還原Java對(duì)象。但是，Java序列化機(jī)制存在一些安全漏洞，攻擊者可以通過(guò)反序列化來(lái)執(zhí)行惡意代碼。為了避免這種情況，可以使用自定義類加載器來(lái)限制反序列化操作只在特定的安全上下文中進(jìn)行。
• 加載非標(biāo)準(zhǔn)格式的類文件：有時(shí)候，我們可能需要加載非標(biāo)準(zhǔn)格式的類文件，如動(dòng)態(tài)生成的類或嵌入式Java類等。這些類文件可能無(wú)法被標(biāo)準(zhǔn)的類加載器加載，這時(shí)候就需要自定義類加載器來(lái)加載這些類文件。

總之，自定義類加載器是一種非常有用的工具，可以在某些特殊場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)類的隔離和動(dòng)態(tài)加載。雖然自定義類加載器的使用比較復(fù)雜，但只要掌握了其原理和使用方法，就可以為我們的應(yīng)用程序帶來(lái)更多的可能性。