面试题：你了解 Java 的类加载器吗？

在 Java 中，类加载器（ClassLoader） 是 JVM 的重要组成部分，负责将 .class 文件加载到 JVM 中，并生成对应的 Class 对象。类加载器在 Java 的运行时环境中起着至关重要的作用，它决定了类如何被加载、链接和初始化。

Java 类加载器的层次结构：

Java 中的类加载器采用双亲委派模型（Parent Delegation Model），其层次结构如下：

Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）：
- 最顶层的类加载器，由 JVM 实现，通常用本地代码（如 C++）编写。
- 负责加载 JVM 核心类库（如 java.lang.*、java.util.* 等），这些类位于 JAVA_HOME/lib 目录下。
- 是唯一没有父类加载器的类加载器。
Extension ClassLoader（扩展类加载器）：
- 由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现。
- 负责加载 JAVA_HOME/lib/ext 目录下的类库，或由 java.ext.dirs 系统变量指定的路径中的类。
- 父类加载器是 Bootstrap ClassLoader。
Application ClassLoader（应用程序类加载器）：
- 由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。
- 负责加载用户类路径（ClassPath）下的类库，即应用程序中的类。
- 父类加载器是 Extension ClassLoader。
自定义类加载器：
- 开发者可以继承 java.lang.ClassLoader 类，实现自定义的类加载器。
- 自定义类加载器通常用于加载非标准路径下的类，或实现类的动态加载、热部署等功能。

双亲委派模型：

双亲委派模型是类加载器的工作机制，其核心思想是：

当一个类加载器收到类加载请求时，它首先不会尝试自己加载，而是将请求委派给父类加载器。
每一层的类加载器都会依次向上委派，直到启动类加载器。
如果父类加载器无法加载该类，子类加载器才会尝试自己加载。

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，防止类的重复加载。
安全性：防止核心类库被篡改，确保 Java 核心类库的安全性。
隔离性：不同的类加载器可以加载不同来源的类，实现类的隔离。

类加载的过程：

类加载的过程分为以下三个阶段：

加载（Loading）：
- 通过类的全限定名获取类的二进制字节流。
- 将字节流转换为方法区中的运行时数据结构。
- 生成一个代表该类的 Class 对象。
链接（Linking）：
- 验证（Verification）：确保字节码文件的正确性和安全性。
- 准备（Preparation）：为类的静态变量分配内存并设置默认初始值。
- 解析（Resolution）：将符号引用转换为直接引用。
初始化（Initialization）：
- 执行类的静态初始化代码（如静态代码块和静态变量的赋值）。

示例代码：

public class ClassLoaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取应用程序类加载器
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoaderExample.class.getClassLoader();
        System.out.println("Application ClassLoader: " + appClassLoader);

        // 获取扩展类加载器
        ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
        System.out.println("Extension ClassLoader: " + extClassLoader);

        // 获取启动类加载器（通常为 null，因为由 JVM 实现）
        ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println("Bootstrap ClassLoader: " + bootstrapClassLoader);
    }
}

自定义类加载器：

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 自定义加载逻辑，例如从网络或文件中加载类
        byte[] classData = loadClassData(name);
        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    }

    private byte[] loadClassData(String className) {
        // 实现类的加载逻辑
        return null; // 返回类的字节码数据
    }
}