最近一個項目需求痛侍，實現基于http接口的外部jar包動態(tài)類加載朝氓。我平臺提供標準化的接口，接口的具體實現由業(yè)務方實現主届。業(yè)務方根據開發(fā)規(guī)范赵哲，實現接口后，打包成jar文件君丁，上傳至平臺上枫夺，用戶調用接口的時候，動態(tài)載入jar文件绘闷，運行結果返回橡庞。整個過程，業(yè)務方開發(fā)人員通過平臺的管理頁面配置，并上傳實現的jar包，即可把能力添加到我平臺上。
??整個項目的一個關鍵點事如何動態(tài)加載類文件，還必須實現動態(tài)更新虫溜。
??基于這一目標，對java類加載做了具體學習键袱。
類的裝載方式
首先我們來認識一下ClassLoader鹉动，程序在啟動的時候再菊，并不會一次性加載程序所要用的所有class文件，而是根據程序的需要颜曾，通過Java的類加載機制（ClassLoader）來動態(tài)加載某個 class 文件到內存當中的纠拔，從而只有 class 文件被載入到了內存之后，才能被其它 class 所引用泛豪。所以 ClassLoader 就是用來動態(tài)加載 class 文件到內存當中用的稠诲。
ClassLoader主要對類的請求提供服務，當JVM需要某類時诡曙，它根據名稱向ClassLoader要求這個類臀叙，然后由ClassLoader返回這個類的class對象。
Classloader就是負責將class加載到JVM中价卤，基于某個加載模型確定到底由誰加載劝萤，最后將 Class 字節(jié)碼重新解析成 JVM 統(tǒng)一要求的對象格式。
JAVA類裝載方式慎璧，有兩種:
1.隱式裝載床嫌，程序在運行過程中當碰到通過new 等方式生成對象時，隱式調用類裝載器加載對應的類到jvm中胸私。
2.顯式裝載厌处，通過class.forname()，this.getClassLoader().loadClass()等方法岁疼，顯式加載需要的類阔涉。
類的裝載過程
看一下ClassLoader中l(wèi)oadClass方法的實現：
1.調用findLoaderClass查看是否已存在裝入的類。存在就直接返回class對象（java中任何類型都有對應的class對象捷绒，哪怕是void也有）瑰排。
2.findSystemClass查找本地文件系統(tǒng)，根據不同的類裝載器疙驾，文件系統(tǒng)位置不一樣凶伙。沒有找到則返回ClassNotFoundException.
3.difineClass 接收以字節(jié)數組表示的類字節(jié)碼，并把它轉換成 Class 實例
4.resolveClass 鏈接一個指定的類它碎。（jvm裝載類的三個過程為load ,link,initialize）
loadClass方法的默認實現按照以下順序查找類： 調用findLoadedClass(String) 方法檢查這個類是否被加載過 使用父加載器調用 loadClass(String) 方法函荣，如果父加載器為 Null，類加載器裝載虛擬機內置的加載器調用 findClass(String) 方法裝載類扳肛， 如果傻挂，按照以上的步驟成功的找到對應的類，并且該方法接收的 resolve 參數的值為 true,那么就調用resolveClass(Class) 方法來處理類挖息。
ClassLoader 的子類最好覆蓋 findClass(String) 而不是這個方法金拒。 除非被重寫，這個方法默認在整個裝載過程中都是同步的（線程安全的）。
類裝載器
ClassLoader 在加載類時有一定的層次關系和規(guī)則绪抛，樹狀組織結構资铡。在 Java 中，有四種類型的類加載器幢码，分別為：BootStrapClassLoader笤休、ExtClassLoader、AppClassLoader 以及用戶自定義的 ClassLoader
1.BootStrapClassLoader(引導類加載器) 處于類加載器層次結構的最高層症副，負責 sun.boot.class.path 路徑下類的加載店雅，默認為 jre/lib 目錄下的核心 API 或 -Xbootclasspath 選項指定的 jar 包。
2.ExtClassLoader (擴展類加載器)的加載路徑為 java.ext.dirs贞铣，默認為 jre/lib/ext 目錄或者 -Djava.ext.dirs 指定目錄下的 jar 包加載闹啦。
3.AppClassLoader(系統(tǒng)類加載器) 的加載路徑為 java.class.path，默認為環(huán)境變量 CLASSPATH 中設定的值辕坝。也可以通過 -classpath 選型進行指定窍奋。
4.用戶自定義 ClassLoader 可以根據用戶的需要定制自己的類加載過程，在運行期進行指定類的動態(tài)實時加載圣勒。
一般來說费变，這四種類加載器會形成一種父子關系，高層為低層的父加載器圣贸。在進行類加載時挚歧，首先會自底向上挨個檢查是否已經加載了指定類，如果已經加載則直接返回該類的引用吁峻。如果到最高層也沒有加載過指定類滑负，那么會自頂向下挨個嘗試加載，直到用戶自定義類加載器用含，如果還不能成功矮慕，就會拋出異常。
對于同一個類加載器實例來說啄骇，名字相同的類只能存在一個痴鳄，并且僅加載一次。不管該類有沒有變化缸夹，下次再需要加載時痪寻，它只是從自己的緩存中直接返回已經加載過的類引用。
類加載原理——雙親委托模型
每個ClassLoader實例都有一個父類加載器的引用（不是繼承的關系虽惭，是一個包含的關系）橡类，虛擬機內置的類加載器（Bootstrap ClassLoader）本身沒有父類加載器，但可以用作其它ClassLoader實例的的父類加載器芽唇。
??當一個ClassLoader實例需要加載某個類時顾画，它會試圖親自搜索某個類之前，先把這個任務委托給它的父類加載器，這個過程是由上至下依次檢查的研侣，首先由最頂層的類加載器Bootstrap ClassLoader試圖加載谱邪，如果沒加載到，則把任務轉交給Extension ClassLoader試圖加載庶诡，如果也沒加載到虾标，則轉交給App ClassLoader 進行加載，如果它也沒有加載得到的話灌砖，則返回給委托的發(fā)起者，由它到指定的文件系統(tǒng)或網絡等URL中加載該類傀蚌。
??如果它們都沒有加載到這個類時基显，則拋出ClassNotFoundException異常。否則將這個找到的類生成一個類的定義善炫，并將它加載到內存當中撩幽，最后返回這個類在內存中的Class實例對象。
為什么要使用雙親委托這種模型呢箩艺？
因為這樣可以避免重復加載窜醉，當父親已經加載了該類的時候，就沒有必要 ClassLoader再加載一次艺谆≌ザ瑁考慮到安全因素，我們試想一下静汤，如果不使用這種委托模式琅催，那我們就可以隨時使用自定義的String來動態(tài)替代java核心api中定義的類型，這樣會存在非常大的安全隱患虫给，而雙親委托的方式藤抡，就可以避免這種情況，因為String已經在啟動時就被引導類加載器（Bootstrcp ClassLoader）加載抹估，所以用戶自定義的ClassLoader永遠也無法加載一個自己寫的String缠黍，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類的默認算法。
但是JVM在搜索類的時候药蜻，又是如何判定兩個class是相同的呢瓷式？
JVM在判定兩個class是否相同時，不僅要判斷兩個類名是否相同谷暮，而且要判斷是否由同一個類加載器實例加載的蒿往。只有兩者同時滿足的情況下，JVM才認為這兩個class是相同的湿弦。就算兩個class是同一份class字節(jié)碼瓤漏，如果被兩個不同的ClassLoader實例所加載，JVM也會認為它們是兩個不同class。
Java裝載類使用“全盤負責委托機制”蔬充〉悖“全盤負責”是指當一個ClassLoder裝載一個類時，該類所依賴及引用的類也由這個ClassLoder載入（除非顯示的使用另外一個ClassLoder）饥漫；“委托機制”是指先委托父類裝載器尋找目標類榨呆，只有在找不到的情況下才從自己的類路徑中查找并裝載目標類。
線程上下文類加載器
每個運行中的線程都有一個成員ContextClassLoader庸队，用來在運行時動態(tài)地載入其它類积蜻，可以使用方法Thread.currentThread().setContextClassLoader(...);更改當前線程的contextClassLoader，來改變其載入類的行為彻消；也可以通過方法Thread.currentThread().getContextClassLoader()來獲得當前線程的ClassLoader竿拆。
??Java 應用運行的初始線程的上下文類加載器是系統(tǒng)類加載器。在線程中運行的代碼可以通過此類加載器來加載類和資源宾尚。
實際上丙笋，在Java應用中所有程序都運行在線程里，如果在程序中沒有手工設置過ClassLoader煌贴，對于一般的java類如下兩種方法獲得的ClassLoader通常都是同一個御板。
this.getClass.getClassLoader();
Thread.currentThread().getContextClassLoader();
方法一得到的Classloader是靜態(tài)的，表明類的載入者是誰;
方法二得到的Classloader是動態(tài)的牛郑，誰執(zhí)行（某個線程）怠肋，就是那個執(zhí)行者的Classloader。
對于單例模式的類井濒，靜態(tài)類等灶似，載入一次后，這個實例會被很多程序（線程）調用瑞你，對于這些類酪惭，載入的Classloader和執(zhí)行線程的Classloader通常都不同。
WEB容器類加載器
對于運行在 Java EE容器中的 Web 應用來說者甲，類加載器的實現方式與一般的 Java 應用有所不同春感。不同的 Web 容器的實現方式也會有所不同。
??以 Apache Tomcat 來說虏缸，每個 Web 應用都有一個對應的類加載器實例鲫懒。該類加載器也使用代理模式，所不同的是它是首先嘗試去加載某個類刽辙，如果找不到再代理給父類加載器窥岩。這與一般類加載器的順序是相反的。這是 Java Servlet 規(guī)范中的推薦做法宰缤，其目的是使得 Web 應用自己的類的優(yōu)先級高于 Web 容器提供的類颂翼。
??這種代理模式的一個例外是：Java 核心庫的類是不在查找范圍之內的晃洒。這也是為了保證 Java 核心庫的類型安全。
對于WEB APP線程朦乏，它的contextClassLoader是WebAppClassLoader
對于Tomcat Server線程球及，它的contextClassLoader是CatalinaClassLoader
自定義類加載器
默認的classloader只能加載指定目錄下的jar和class，如果想加載其它位置的類或jar時呻疹，需要定義自己的classloader
定義自已的類加載器分為兩步：
1吃引、繼承java.lang.ClassLoader
2、重寫父類的findClass方法
文件類加載器
??加載存儲在文件系統(tǒng)上的 Java 字節(jié)代碼刽锤。
??類 FileSystemClassLoader繼承自類java.lang.ClassLoader镊尺。為了保證類加載器都正確實現代理模式，在開發(fā)自己的類加載器時并思，最好不要覆寫 loadClass()方法鹅心，而是覆寫findClass()方法。
??類 FileSystemClassLoader的 findClass()方法首先根據類的全名在硬盤上查找類的字節(jié)代碼文件（.class 文件）纺荧，然后讀取該文件內容，最后通過 defineClass()方法來把這些字節(jié)代碼轉換成 java.lang.Class類的實例颅筋。
public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader
{
private String rootDir;
public FileSystemClassLoader(String rootDir){
this.rootDir = rootDir;
}
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 = classNameToPath(className);
try {
InputStream ins = new FileInputStream(path);
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
int bufferSize = 4096;
byte[] buffer = new byte[bufferSize];
int bytesNumRead = 0;
while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1){
baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
}
return baos.toByteArray();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
private String classNameToPath(String className) {
return rootDir + File.separatorChar + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
}
}
網絡類加載器
??一個網絡類加載器來說明如何通過類加載器來實現組件的動態(tài)更新宙暇。即基本的場景是：Java 字節(jié)代碼（.class）文件存放在服務器上，客戶端通過網絡的方式獲取字節(jié)代碼并執(zhí)行议泵。當有版本更新的時候占贫，只需要替換掉服務器上保存的文件即可。通過類加載器可以比較簡單的實現這種需求先口。
??類 NetworkClassLoader 負責通過網絡下載 Java 類字節(jié)代碼并定義出 Java 類型奥。它的實現與FileSystemClassLoader 類似。在通過 NetworkClassLoader 加載了某個版本的類之后碉京，一般有兩種做法來使用它厢汹。第一種做法是使用 Java 反射 API。另外一種做法是使用接口谐宙。
OSGI動態(tài)模塊系統(tǒng)
osgi是java動態(tài)化模塊系統(tǒng)烫葬，動態(tài)模塊部署。面向服務和基于組件的運行環(huán)境凡蜻。組件盡可能解耦搭综，能讓組件動態(tài)的發(fā)現其他組件。
這個有興趣也可以去研究關注一下划栓。
關于《java類的熱替換》參考：
https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-hotswapcls/
