深入理解Java类加载机制与自定义类加载器

### 1. 类加载器的基本概念
ClassLoader的主要职责是将class文件加载到JVM中。当JVM启动时，并不是一次性加载所有类，而是根据需要动态加载。这种加载方式主要分为隐式加载和显式加载。

- **隐式加载**：程序运行时，如果需要某个类但该类尚未被加载到内存中，JVM会自动将其加载。例如，当一个类继承或引用另一个类时，若后者未被加载，则JVM会自动加载。
- **显式加载**：通过编程方式明确指定加载某个类，如使用`Class.forName()`、`this.getClass().getClassLoader().loadClass()`等方法。

### 2. JVM内置的类加载器
JVM提供了三种主要的类加载器，每种负责不同的类加载任务：

- **启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）**：负责加载JRE的核心类库，如`rt.jar`、`resources.jar`等。这些类通常位于`%JRE_HOME%\lib`目录下。可以通过`System.getProperty("sun.boot.class.path")`查看具体路径。
- **扩展类加载器（Extension ClassLoader）**：负责加载`%JRE_HOME%\lib\ext`目录下的扩展类库。路径可通过`System.getProperty("java.ext.dirs")`获取。
- **应用类加载器（Application ClassLoader）**：负责加载应用程序类路径（classpath）下的类。这是开发者最常接触的类加载器。

### 3. 类加载器的继承关系
这三个类加载器之间存在明确的继承关系：
- `ExtClassLoader`和`AppClassLoader`都继承自`URLClassLoader`，而`URLClassLoader`又继承自`ClassLoader`。
- `Bootstrap ClassLoader`由C/C++编写，是JVM的一部分，不直接继承自任何Java类。

加载顺序遵循从上到下的原则：`Bootstrap ClassLoader` -> `ExtClassLoader` -> `AppClassLoader`。

### 4. 双亲委托机制
双亲委托机制是Java类加载的一个重要特性，确保类的加载具有全局唯一性。当一个类加载器收到类加载请求时，它首先不会自己尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器完成，每一层的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中。只有当父加载器反馈自己无法完成加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

### 5. 类加载过程的关键方法
类加载过程中涉及几个核心方法，包括`loadClass`、`findLoadedClass`和`findClass`：

- `loadClass`：处理类的加载逻辑，包括检查是否已加载、委托给父加载器、调用`findClass`等。
- `findLoadedClass`：检查类是否已经被加载。
- `findClass`：如果类未被加载，此方法负责查找并加载类。

### 6. 实现自定义类加载器
为了满足特定需求，如加载网络上的类文件或加密后的类文件，可以实现自定义类加载器。基本步骤包括：

1. 继承`ClassLoader`类。
2. 重写`findClass`方法，实现自定义的类查找逻辑。
3. 使用`defineClass`方法将字节码转换为类对象。

#### 示例代码
```java
package test;
import java.io.*;

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classpath;

public MyClassLoader(String classpath) {
this.classpath = classpath;
}

@Override
protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
byte[] classData = getClassData(name);
if (classData == null) {
throw new ClassNotFoundException();
} else {
return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
}
}

private byte[] getClassData(String className) {
String path = classpath + File.separatorChar + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
try (InputStream in = new FileInputStream(path); ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream()) {
byte[] buffer = new byte[2048];
int len;
while ((len = in.read(buffer)) != -1) {
out.write(buffer, 0, len);
}
return out.toByteArray();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}
```

#### 测试代码
```java
package test;
import java.lang.reflect.Method;

public class TestMyClassLoader {
public static void main(String[] args) throws Exception {
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("D:\\lib");
Class c = myClassLoader.loadClass("com.test.Test");
if (c != null) {
Object obj = c.newInstance();
Method method = c.getMethod("say");
method.invoke(obj);
System.out.println(c.getClassLoader());
}
}
}
```

### 7. 自定义类加载器的应用场景
自定义类加载器主要用于处理标准类加载器无法满足的需求，如加载网络上的类文件、动态生成的类、加密后的类文件等。通过自定义类加载器，可以灵活地控制类的加载行为，满足多样化的应用场景。