1 什么是ClassLoader
当我们编写的程序在运行的时候，需要调用其他.class文件中的方法，在Java中并不会一次性加载程序的所要用的所有的class文件，而是根据程序的需要，通过Java的类加载机制来动态加载某个.class文件到内存当中，只有class文件被加载到内存中后，才能被其他clss所引用，JVM负责加载.class字节码到内存，而ClassLoader就负责将.class字节码加载到JVM中。
ClassLoader除了能将Class加载到JVM中之外，还有两个作用：
1、审查每个类应该由谁加载；
2、Class字节码重新解析成JVM统一要求的对象格式；
虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。
类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类，都拥有一个独立的类名称空间。这句话可以表达得更通俗一些：比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义。否则，即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。
ClassLoader常用方法
defineClass(byte[],int,int)
protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len)
throws ClassFormatError用来将byte字节流解析成JVM能够识别的Class对象
findClass(String)
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}defineClass通常和findClass方法一起使用，通过直接覆盖ClassLoader父类的findClass方法来实现类的加载规则，从而取得要加载类的字节码。然后调用defineClass方法生成类的Class对象。
resolveClass(Class<?>)
在类被加载到JVM中调用该方法就会被链接（Link）
loadClass(String , boolean)
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 1.检查这个类是否已经被加载了
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
//如果父加载器存在，使用父加载器加载
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//使用内置加载器加载
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// 如果仍未加载，调用findClass方法加载
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
//根据第二个参数来决定是否链接（Link）
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}ClassLoader的等级加载机制
BootstrapClassLoader
主要加载JVM自身工作需要的类，完全由JVM自己控制，别人访问不了这个类，它仅仅是一个类的加载工具而已，既没有更高一级的父加载器，也没有子加载器。
ExtClassLoader
ExtClassLoader称为扩展类加载器，主要负责加载Java的扩展类库,默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目录下的所有jar包或者由java.ext.dirs系统属性指定的jar包.放入这个目录下的jar包对AppClassLoader加载器都是可见的(因为ExtClassLoader是AppClassLoader的父加载器,并且Java类加载器采用了委托机制)。
AppClassLoader
AppClassLoader应用类加载器，又称为系统类加载器，负责在JVM启动时,加载来自在命令java中的classpath或者java.class.path系统属性或者CLASSPATH操作系统属性所指定的JAR类包和类路径。
我们在实现自己的类加载器的时候，不管是直接实现抽象类ClassLoad还是继承URLClassLoad类，或是其他子类，他的父加载器都是AppClassLoad，因为不管调用哪个父类构造器，创建的对象都必须最终调用getSystemClassLoader()作为父加载器，而getSystemClassLoader()方法返回的正是AppClassLoader。
JVM加载class文件到内存的两种方式：
- 隐式加载：不通过在代码里调用ClassLoader来加载需要的类，而是通过JVM来自动加载需要的类到内存的方式，例如：当我们在类中继承或者引用某个类时，JVM在解析当前这个类时发现引用的类不在内存中，那么就会自动将这些类加载到内存中。
- 显示加载：在代码中通过调用ClassLoader类来加载一个类的方式，例如：调用
this.getClass.getClassLoader().loadClass()或者Class.forName()，或者是调用我们自己实现的ClassLoader的findClass()方法等。
3 如何加载class文件
用ClassLoader加载一个class文件到JVM时需要经过的步骤如下：
第一个阶段是找到.class文件并把这个文件包含的字节码加载到内存中。
第二个阶段又可以分为三个步骤，分别是字节码验证、Class类数据结构及相应的内存分配和最后的符号表的链接。
第三个阶段是类中静态属性和初始化赋值，以及静态块的执行等。
加载字节码到内存
查看URLClassLoader部分源码：
public class URLClassLoader extends SecureClassLoader implements Closeable {
private final URLClassPath ucp;
private final AccessControlContext acc;
//构造方法必须要指定一个URL数据才能够创建URLClassLoader对象，也就是必须要指定这个ClassLoader默认到哪个目录下去查找class文件
public URLClassLoader(URL[] urls) {
super();
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (security != null) {
security.checkCreateClassLoader();
}
this.acc = AccessController.getContext();
//通过一个URLClassPath类帮助取得要加载的class文件字节流,URLClassPath也就定义了到哪去找这个class文件，如果找到了这个class文件，在读取他的byte字节流，通过调用defineClass()方法来创建类对象。
ucp = new URLClassPath(urls, acc);
}
protected Class<?> findClass(final String name)
throws ClassNotFoundException
{
final Class<?> result;
try {
result = AccessController.doPrivileged(
new PrivilegedExceptionAction<Class<?>>() {
public Class<?> run() throws ClassNotFoundException {
String path = name.replace('.', '/').concat(".class");
//这里就用到了ucp来取得要加载类的字节码
Resource res = ucp.getResource(path, false);
if (res != null) {
try {
//生成Class对象
return defineClass(name, res);
} catch (IOException e) {
throw new ClassNotFoundException(name, e);
}
} else {
return null;
}
}
}, acc);
} catch (java.security.PrivilegedActionException pae) {
throw (ClassNotFoundException) pae.getException();
}
if (result == null) {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
return result;
}
}在URLClassLoader中通过一个URLClassPath类帮助取得要加载的class文件字节流，而这个URLClassPath定义了到哪里去找这个class文件，如果找到了这个class文件，再读取它的byte字节流，通过调用defineClass()方法来创建类对象。
在创建URLClassPath对象时会根据传过来的URL数组中的路径来判断是文件还是jar包，根据路径的不同分别创建FileLoader或者JarLoader，或者使用默认的加载器。当JVM调用findClass时由这几个加载器来将class文件的字节码加载到内存中。
验证与解析
- 字节码验证，类装入器对于类的字节码要做许多检测，以确保格式正确、行为正确。
- 类准备，在这个阶段准备代表每个类中定义的字段、方法和实现接口所必须的数据结构。
- 解析，在这个阶段类装入器装入类所引用的其他所有类。可以用许多方式引用类，如超类、接口、字段、方法签名、方法中使用的本地变量。
初始化Class对象
在类中包含的静态初始化器都会被执行，设置为默认值。4 常见加载类错误分析
ClassNotFoundException
这个异常通常发生在显式加载类的时候。
显式加载通常有如下方式： - 通过类Class中的forName()方法；
- 通过类ClassLoader中的loadclass()方法；
- 通过类ClassLoader中的findSystemClass()方法
出现这类错误也很好理解，就是当JVM要加载指定文件的字节码到内存时，并没由找到这个类对应的字节码，也就是说这个字节码.class文件不存在。解决方法就是检测在当前的classpath目录下有没有指定的文件存在，如果不知道classpath路径，就可以通过如下命令获取：
this.getClass().getClassLoader().getResource("").toString()NoClassDefFoundError
这个异常在第一次使用命令执行Java类时很可能会碰到，如下面这种情况
java -cp example.jar Example假如在这个jar包里面只有一个类，这个类时net.xx.Exmple ，那么原因很可能是你在命令行中没有加类的包名，正确的写法是这样的：
java cp example.jar net.xx.Example在JVM的规范中描述了出现NoClassDefFoundError可能的情况就是使用new关键字、属性引用某个类、继承了某个接口或者类，以及方法的某个参数中引用了某个类，这个是出发JVM隐式加载这些类时发现这些类不存在的异常。
解决这个错误的方法就是确保这个类引用的类都在当前的classpath下面
ClassCastException
通常在程序中出现强制类型转换时出现这个错误。
JVM在做类型转换时会按照如下规则进行检查
- 对于普通对象，对象必须时目标类的实例或目标类的子类的实例。如果目标是是接口，那么会把它当作实现了接口的一个子类。
- 对于数组类型，目标类必须是数组类型或java.lang.Object、java.lang.Cloneable、java.io.Serializele
如果不满足上面的规则，JVM就会报这个错误。要避免这个错误有两种方式：
- 在容器类型中现实的指明这个容器所包含的对象类型
- 先通过instanceof检查是不是目标类型，然后再进行强制类型转换。
ExceptionInInitializerError
这个错误在JVM规范中是这样定义的： - 如果Java虚拟机试图创建类ExceptionInInitializerError的新实例，但是因为出现Out-Of-Memory-Error而无法创建新实例，那么就抛出OutOfMemoryError对象作为代替。
- 如果初始化器抛出一些Excepton，而且Exception类不是Error或者它的某个子类，那么就会创建ExceptioinInInitializerError类的一个新实例，并用Exception作为参数，用这个实例代替Excepiton。
UnsatisfiedLinkError
这个异常倒不是很常见，但是出错的话，通常是在JVM启动的时候，如果一不小心将在JVM的某个lib删除了，可能就会报这个错误。
参考文献：
1 https://blog.csdn.net/u013412772/article/details/80837735
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