面试题：你了解 Java 的类加载器吗？

类加载器是 Java 虚拟机（JVM）的一个核心组成部分，负责在程序运行时动态地将 .class 文件（字节码）加载到 JVM 中，并将其转换为 Java 的 java.lang.Class 对象。

类加载器使得 Java 能够在运行时动态加载类，支持了诸如热部署、插件化、模块化等高级特性。

类加载器的职责

加载（Loading）：通过类的全限定名（Fully Qualified Name）获取其对应的字节码，并将其读入内存，创建一个 Class 对象。
链接（Linking）：
- 验证（Verification）：确保加载的字节码是合法且安全的，符合 JVM 规范。
- 准备（Preparation）：为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值（如 0, false, null）。
- 解析（Resolution）：将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用（可选在初始化时进行）。
初始化（Initialization）：执行类的静态初始化块和静态变量的赋值操作，完成类的最终准备。

Java 中的类加载器层次结构

Java 的类加载器采用 双亲委派模型（Parent Delegation Model），形成一个层次结构：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：
- 由 C/C++ 实现，是 JVM 的一部分，不是 Java 对象。
- 负责加载 Java 核心类库，位于 JAVA_HOME/jre/lib 目录下（如 rt.jar），例如 java.lang.*、java.util.* 等。
- 无法被 Java 程序直接引用。
扩展类加载器（Extension ClassLoader / Platform ClassLoader）：
- 由 Java 实现，通常是 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader（旧版本）或 jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader（JDK 9+ 模块化后）。
- 负责加载 Java 的扩展库，位于 JAVA_HOME/jre/lib/ext 目录下，或由系统属性 java.ext.dirs 指定的路径。
- 它的父类加载器是 Bootstrap ClassLoader。
应用程序类加载器（Application ClassLoader / System ClassLoader）：
- 由 Java 实现，通常是 sun.misc.Launcher$AppClassLoader。
- 负责加载用户类路径（Classpath）上指定的类，即我们自己编写的代码和第三方 jar 包。
- 它的父类加载器是 Extension/Platform ClassLoader。
- 这是默认的类加载器，ClassLoader.getSystemClassLoader() 返回的就是它。
自定义类加载器（Custom ClassLoader）：
- 开发者可以通过继承 java.lang.ClassLoader 抽象类来创建自己的类加载器。
- 用于实现特殊需求，如热部署、隔离加载、加密类加载、模块化（OSGi）、远程类加载等。

双亲委派模型的工作机制

当一个类加载器收到类加载请求时，它不会立即自己去加载，而是将这个请求委派给其父类加载器去完成。只有当父类加载器无法完成加载（返回 ClassNotFoundException）时，子类加载器才会尝试自己去加载。

工作流程：

应用程序类加载器收到请求。
委托给扩展类加载器。
扩展类加载器再委托给启动类加载器。
启动类加载器尝试加载，如果找不到，则返回失败。
扩展类加载器尝试加载，如果也找不到，返回失败。
最终由应用程序类加载器尝试加载。

双亲委派模型的优点

避免重复加载：确保一个类只会被加载一次。
安全性：防止核心 API 被恶意篡改。例如，即使你写了一个 java.lang.String 类，由于双亲委派，Bootstrap ClassLoader 会优先加载 JDK 中的 String，保证了核心类库的稳定性和安全性。

破坏双亲委派的场景

虽然双亲委派是推荐模型，但在某些特殊场景下会被“破坏”：

SPI（Service Provider Interface）：如 JDBC、JNDI 等。父类加载器（Bootstrap）需要加载由用户实现的接口实现类（在应用 ClassPath 下），但父类加载器无法访问应用类路径。此时通过 Thread.currentThread().getContextClassLoader() 获取应用类加载器来完成加载。
OSGi 模块化框架：为了实现模块间的类隔离和动态加载，OSGi 实现了自己复杂的类加载机制，打破了传统的双亲委派。
热部署/热更新：为了实现模块的独立加载和卸载，需要自定义类加载器并绕过双亲委派。

总结

类加载器是 Java 实现动态性、灵活性和安全性的基石。

理解类加载器的层次结构、双亲委派模型及其工作原理，对于深入掌握 Java 运行机制、排查类加载问题（如 ClassNotFoundException、NoClassDefFoundError、ClassCastException 等）以及开发高级框架（如 Spring、OSGi、应用服务器）都至关重要。

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