1 类加载机制
1.1 类加载器
类加载过程
示例代码：
package com.tyrival.jvm.lesson01;
public class Math {
public static final int initData = 666;
public static User user = new User();
public int compute() {
int a = 1;
int b = 2;
int c = (a + b) * 10;
return c;
}
public static void main(String[] args) {
Math math = new Math();
math.compute();
}
}
通过Java命令执行代码的大体流程如下：
其中 classLoader.loadClass() 主要包含如下步骤：
加载 >> 验证 >> 准备 >> 解析 >> 初始化 >> 使用 >> 卸载
加载：在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件，使用到类时才会加载，例如调用类的
main()方法，new对象等等，在加载阶段，会在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口验证：校验字节码文件的正确性
准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
解析：将符号引用替换为直接引用，该阶段会把一些静态方法（符号引用，比如
main()方法）替换为指向数据所存内存的指针或句柄等（直接引用），这是所谓的静态链接过过程（类加载期间完成），动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块
static {}
类被加载到方法区中后，主要包含运行时常量池、类型信息、字段信息、方法信息、类加载器的引用、对应class实例的引用等信息。
类加载器的引用：这个类到类加载器实例的引用
对应class实例的引用：类加载器在加载类信息放到方法区中后，会创建一个对应的Class 类型的对象实例放到堆(Heap)中，作为开发人员访问方法区中类定义的入口和切入点。
注意
主类在运行过程中如果使用到其它类，会逐步加载这些类，类似图中的
User.class。jar包或war包里的类不是一次性全部加载的，是使用到时才加载。
示例中，通过运行结果可以看到，首先加载了类 TestDynamicLoad ，执行了静态代码块，然后加载类 A ，依次执行静态代码块和构造方法。类 B 由于未实例化，并未加载。
package com.tyrival.jvm.lesson01;
public class TestDynamicLoad {
static {
System.out.println("*************load TestDynamicLoad************");
}
public static void main(String[] args) {
new A();
System.out.println("*************load test************");
//B不会加载，除非这里执行 new B()
B b = null;
}
}
class A {
static {
System.out.println("*************load A************");
}
public A() {
System.out.println("*************initial A************");
}
}
class B {
static {
System.out.println("*************load B************");
}
public B() {
System.out.println("*************initial B************");
}
}
运行结果为：
*************load TestDynamicLoad************
*************load A************
*************initial A************
*************load test************
类加载器
上述类加载过程主要通过类加载器来实现，Java中有以下几种类加载器：
- 引导类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库，比如 rt.jar、charsets.jar等
- 扩展类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR类包
- 应用程序类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载开发人员写的类
- 自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包
示例代码
package com.tyrival.jvm.lesson01;
import sun.misc.Launcher;
import java.net.URL;
public class TestJDKClassLoader {
public static void main(String[] args) {
// String类为Java的核心类，使用的是引导类加载器，
// 由于采用C++生成的对象，所以它的类加载器在Java中显示为null
System.out.println(String.class.getClassLoader());
// com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory位于$JRE$/lib/ext中，
// 所以使用ExtClassLoader进行加载
System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class
.getClassLoader().getClass().getName());
// 用户自己写的类，使用AppClassLoader进行加载
System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());
System.out.println();
ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();
ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();
System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);
System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);
System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);
System.out.println();
System.out.println("bootstrapLoader加载以下文件：");
URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i]);
}
System.out.println();
System.out.println("extClassloader加载以下文件：");
System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
System.out.println();
System.out.println("appClassLoader加载以下文件：");
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
}
}
运行结果：
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader
the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@d716361
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
bootstrapLoader加载以下文件：
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/classes
extClassloader加载以下文件：
/Users/tyrival/Library/Java/Extensions:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext:/Library/Java/Extensions:/Network/Library/Java/Extensions:/System/Library/Java/Extensions:/usr/lib/java
appClassLoader加载以下文件：
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/deploy.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/cldrdata.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/dnsns.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jaccess.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jfxrt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/localedata.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/nashorn.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunec.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/zipfs.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/javaws.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfxswt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/management-agent.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/plugin.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/lib/ant-javafx.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/lib/dt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/lib/javafx-mx.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/lib/jconsole.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/lib/packager.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/lib/sa-jdi.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/lib/tools.jar:/Users/tyrival/Workspace/architect-knowledge/01-jvm/target/classes:/Applications/IntelliJ IDEA.app/Contents/lib/idea_rt.jar
初始化过程
类加载过程图中可以看到，首先创建JVM启动器实例 sun.misc.Launcher ，这个类采用了单例模式，保证一个JVM虚拟机内只有一个Launcher实例。
在Launcher构造方法内部，创建了两个类加载器，分别是扩展类加载器 sun.misc.Launcher.ExtClassLoader 和应用类加载器 sun.misc.Launcher.AppClassLoader
JVM默认使用 Launcher.getClassLoader() 返回的类加载器AppClassLoader的实例加载我们的应用程序。
// $JRE$/lib/rt.jar!/sun/misc/Launcher.class
package sun.misc;
public Launcher() {
Launcher.ExtClassLoader var1;
try {
// 构造扩展类加载器，执行 ①
var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
} catch (IOException var10) {
throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
}
try {
// 构造应用类加载器，执行 ④
this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
} catch (IOException var9) {
throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
}
Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
String var2 = System.getProperty("java.security.manager");
/*
ExtClassLoader，实例化时，设置父加载器为null，
ExtClassLoader的父加载器是BootstrapLoader，BootstrapLoader是C++写的类，不能设置为Java对象，
后面在讲解双亲委派机制时可以看到，当父加载器为null时，ExtClassLoader会通过native方法找到
BootstrapLoader加载器，并委托其加载类。
*/
static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {
// ①
public static Launcher.ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException {
if (instance == null) {
Class var0 = Launcher.ExtClassLoader.class;
synchronized(Launcher.ExtClassLoader.class) {
if (instance == null) {
// 执行 ②
instance = createExtClassLoader();
}
}
}
return instance;
}
// ②
private static Launcher.ExtClassLoader createExtClassLoader() throws IOException {
try {
return (Launcher.ExtClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction<Launcher.ExtClassLoader>() {
public Launcher.ExtClassLoader run() throws IOException {
File[] var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtDirs();
int var2 = var1.length;
for(int var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
MetaIndex.registerDirectory(var1[var3]);
}
// 执行 ③
return new Launcher.ExtClassLoader(var1);
}
});
} catch (PrivilegedActionException var1) {
throw (IOException)var1.getException();
}
}
// ③
public ExtClassLoader(File[] var1) throws IOException {
// 调用父类构造方法
// 父类为URLClassLoader，作用是根据路径加载类
// 第二个参数为null，即将其父加载器设置为null
super(getExtURLs(var1), (ClassLoader)null, Launcher.factory);
SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this).initLookupCache(this);
}
}
/* AppClassLoader，实例化时，将ExtClassLoader实例设置为父加载器 */
static class AppClassLoader extends URLClassLoader {
// ④
public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader var0) throws IOException {
final String var1 = System.getProperty("java.class.path");
final File[] var2 = var1 == null ? new File[0] : Launcher.getClassPath(var1);
return (ClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Launcher.AppClassLoader>() {
public Launcher.AppClassLoader run() {
URL[] var1x = var1 == null ? new URL[0] : Launcher.pathToURLs(var2);
// 执行 ⑤
return new Launcher.AppClassLoader(var1x, var0);
}
});
}
// ⑤
AppClassLoader(URL[] var1, ClassLoader var2) {
// 调用父类构造方法
// 父类为URLClassLoader，作用是根据路径加载类
// 第二个参数为ExtClassLoader，即将其父加载器设置为扩展类加载器
super(var1, var2, Launcher.factory);
this.ucp.initLookupCache(this);
}
}
}
1.2 双亲委派机制
类加载使用的是双亲委派机制。加载某个类时，会先委托父加载器寻找目标类，找不到时，委托上层父加载器加载，如果所有父加载器在各自的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的类加载路径中查找并载入目标类。
比如我们的 Math 类，基本流程如下：
- 先找应用程序类加载器加载；
- 应用程序类加载器会先委托扩展类加载器加载；
- 扩展类加载器再委托引导类加载器，
- 顶层引导类加载器在自己的类加载路径里没找到
Math类,向下退回Math类的加载请求给扩展类加载器； - 扩展类加载器在自己的类加载路径里没找到
Math类，向下退回Math类的加载请求给应用类加载器； - 应用类加载器在自己的类加载路径里找
Math类，找到了就自己进行加载。
双亲委派机制说简单点就是，先找父亲加载，不行再由儿子自己加载。
应用类加载器 AppClassLoader 加载类的双亲委派机制源码，AppClassLoader 的 loadClass() 方法最终会调用其父类 ClassLoader 的 loadClass() 方法，该方法的大体逻辑如下：
- 首先检查指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接返回；
- 如果此类没有加载过，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加载器加载（即调用
parent.loadClass(name, false)，或者是调用bootstrap类加载器来加载； - 如果父加载器及
bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的findClass()方法来完成类加载。
以下为双亲委派机制的代码示例：
package java.lang;
public abstract class ClassLoader {
// ①
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 在当前加载器中检查是否已加载该类
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
// 当前加载器的父加载器不为空，则委托父加载器加载该类
// 父加载器也是ClassLoader，跳转到父类执行 ①
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
// 父加载器为空，则委托引导类加载器加载该类，执行 ③
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
// 在当前加载器的类路径里查找并加载该类，执行 ②，
// 在此处findClass是protected类型，实际执行的是URLClassLoader.findClass()
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();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
// ②
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
// ③
private Class<?> findBootstrapClassOrNull(String name) {
if (!checkName(name)) return null;
// 执行 ④
return findBootstrapClass(name);
}
// ④ native方法，调用C++实现的方法
private native Class<?> findBootstrapClass(String name);
}
双亲委派机制的作用
- 沙箱安全机制：自己写的
java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心API库被随意篡改； - 避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子加载器再加载一次，保证被加载类的唯一性。
全盘负责委托机制
全盘负责是指当一个ClassLoader装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoader，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoader载入，而不会实例化另一个ClassLoader。例如本章节第一个示例中的 Math 类中引用了 User 类，User 类和 Math 类使用同一个AppClassLoader。当然，加载 User 类时，也需要由AppClassLoader通过双亲委派机制，按照先向上委托，再向下逐级查找后进行加载。
1.3 自定义类加载器
自定义类加载器只需要继承 java.lang.ClassLoader 类。该类有两个核心方法，一个是 loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，另一个方法是 findClass，默认实现是空方法，所以我们自定义类加载器主要是重写 findClass 方法。
package com.tyrival.jvm.lesson01;
import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;
public class MyClassLoaderTest {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
//defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节 数组。
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
}
public static void main(String args[]) throws Exception {
// 初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，
// 自定义类加载器的父加载器设置为应用程序类加载器AppClassLoader
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("/Users/tyrival/");
// 将User类的字节码文件User.class放入/Users/tyrival/
// 用自定义类加载器加载User类
Class clazz = classLoader.loadClass("com.tyrival.jvm.lesson01.User");
// 实例化User类
Object obj = clazz.newInstance();
// 获取User.sout()方法
Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
// 执行方法
method.invoke(obj, null);
// 打印加载User类的加载器名，此处打印出的是AppClassLoader，而不是MyClassLoader，
// 因为在工程中存在一个User类，所以当向上委托到AppClassLoader时，
// AppClassLoader在其classpath下可以找到User类，此时加载的User类实际上为工程中的User类，
// 而不是/Users/tyrival/User.class
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
// 当我们把User类复制一份为User1，将User1编译为User1.class，然后放到/Users/tyrival/下
// 并将工程中的User1类删除，然后执行如下代码，打印出的加载器为MyClassLoader
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("/Users/tyrival/");
Class clazz = classLoader.loadClass("com.tyrival.jvm.lesson01.User1");
Object obj = clazz.newInstance();
Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
method.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
}
运行结果：
=======自己的加载器加载类调用方法=======
sun.misc.Launcher$AppClassLoader
=======自己的加载器加载类调用方法=======
com.tyrival.jvm.lesson01.MyClassLoader$MyClassLoader
1.4 打破双亲委派机制
沙箱安全机制
首先看一个例子，使用自定义类加载器加载自定义的 java.lang.String.class
public class MyClassLoaderTest {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
+ ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
/**
* 重写类加载方法，实现自己的加载逻辑，不委派给双亲加载
* @param name
* @param resolve
* @return
* @throws ClassNotFoundException
*/
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
}
public static void main(String args[]) throws Exception {
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("/Users/tyrival/");
// 执行时候会报错：无法加载java.lang.String类，因为/Users/tyrival目录下找不到String类，
// 我们把java.lang.String.class复制到/Users/tyrival/目录下，尝试用自定义类加载器进行加载。
Class clazz = classLoader.loadClass("java.lang.String");
Object obj = clazz.newInstance();
Method method= clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
method.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
}
运行结果：
java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang
at java.lang.ClassLoader.preDefineClass(ClassLoader.java:659)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:758)
可以看到最后报错禁止使用 java.lang 包名，因为JVM禁止自定义类加载器加载JDK的核心类。
此时只要进行如下改造，加载JDK核心类仍旧向上委托，而加载自定义类则不再向上委托。
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t1 = System.nanoTime();
// 非自定义的类还是走双亲委派加载
if (!name.startsWith("com.tyrival.jvm.lesson01")){
c = this.getParent().loadClass(name);
}else{
// 自定义类打破双亲委派，不再向上委托
c = findClass(name);
}
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
Tomcat打破双亲委派机制
以Tomcat类加载为例，Tomcat 如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行？
Tomcat是个web容器， 那么它要解决什么问题：
一个web容器可能需要部署两个应用程序，不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本，不能要求同一个类库在同一个服务器只有一份，因此要保证每个应用程序的类库都是独立的，保证相互隔离。
部署在同一个web容器中相同的类库相同的版本可以共享。否则，如果服务器有10个应用程序，那么要有10份相同的类库加载进虚拟机。
web容器也有自己依赖的类库，不能与应用程序的类库混淆。基于安全考虑，应该让容器的类库和程序的类库隔离开来。
web容器要支持jsp的修改，我们知道，jsp 文件最终也是要编译成class文件才能在虚拟机中运行，但程序运行后修改jsp已经是司空见惯的事情， web容器需要支持 jsp 修改后不用重启。
再看看我们的问题：Tomcat 如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行？
答案是不行的。为什么？
第一个问题，如果使用默认的类加载器机制，那么是无法加载两个相同类库的不同版本的，默认的类加器是不管你是什么版本的，只在乎你的全限定类名，并且只有一份。
第二个问题，默认的类加载器是能够实现的，因为他的职责就是保证唯一性。
第三个问题和第一个问题一样。
第四个问题，我们想我们要怎么实现jsp文件的热加载，jsp 文件其实也就是class文件，那么如果修改了，但类名还是一样，类加载器会直接取方法区中已经存在的，修改后的jsp是不会重新加载的。那么怎么办呢？我们可以直接卸载掉这jsp文件的类加载器，所以你应该想到了，每个jsp文件对应一个唯一的类加载器，当一个jsp文件修改了，就直接卸载这个jsp类加载器。重新创建类加载器，重新加载jsp文件。
Tomcat自定义加载器详解
tomcat的几个主要类加载器：
- CommonLoader：Tomcat最基本的类加载器，加载路径中的class可以被Tomcat容器本身以及各个Webapp访问；
- CatalinaLoader：Tomcat容器私有的类加载器，加载路径中的class对于Webapp不可见；
- SharedLoader：各个Webapp共享的类加载器，加载路径中的class对于所有Webapp可见，但是对于Tomcat容器不可见；
- WebappClassLoader：各个Webapp私有的类加载器，加载路径中的class只对当前Webapp可见，比如加载war包里相关的类，每个war包应用都有自己的WebappClassLoader，实现相互隔离，比如不同war包应用引入了不同的spring版本，这样实现就能加载各自的spring版本；
从图中的委派关系中可以看出：
CommonClassLoader能加载的类都可以被CatalinaClassLoader和SharedClassLoader使用，从而实现了公有类库的共用，而CatalinaClassLoader和SharedClassLoader自己能加载的类则与对方相互隔离。
WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加载到的类，但各个WebAppClassLoader实例之间相互隔离。
而JasperLoader的加载范围仅仅是这个JSP文件所编译出来的那一个 .class 文件，它出现的目的就是为了被丢弃：当Web容器检测到JSP文件被修改时，会替换掉目前的JasperLoader的实例，并通过再建立一个新的Jsp类加载器来实现JSP文件的热加载功能。
tomcat 这种类加载机制违背了java 推荐的双亲委派模型了吗？答案是：违背了。
很显然，tomcat 不是这样实现，tomcat 为了实现隔离性，没有遵守这个约定，每个WebappClassLoader加载自己的目录下的class文件，不会传递给父类加载器，打破了双亲委派机制。
实现Tomcat的webappClassLoader加载自己war包应用内不同版本类实现相互共存与隔离
public class MyClassLoaderTest {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
//defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节 数组。
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
/**
* 重写类加载方法，实现自己的加载逻辑，不委派给双亲加载
* @param name
* @param resolve
* @return
* @throws ClassNotFoundException
*/
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
// 非自定义的类还是走双亲委派加载
if (!name.startsWith("com.tyrival.jvm.lesson01")){
c = this.getParent().loadClass(name);
}else{
// 自定义类不向上委托
c = findClass(name);
}
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
}
public static void main(String args[]) throws Exception {
//初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载 器设置为应用程序类加载器AppClassLoader
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader(
"/Users/tyrival/Workspace/architect-knowledge/01-jvm/target/classes/com/tyrival/jvm/lesson01/");
// 将User类的复制类User1.class丢入该目录
Class clazz = classLoader.loadClass("com.tyrival.jvm.lesson01.User");
Object obj = clazz.newInstance();
Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
method.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
MyClassLoader classLoader1 = new MyClassLoader(
"/Users/tyrival/Workspace/architect-knowledge/01-jvm/target/classes/com/tyrival/jvm/lesson01/test/");
Class clazz1 = classLoader1.loadClass("com.tyrival.jvm.lesson01.User");
Object obj1 = clazz1.newInstance();
Method method1 = clazz1.getDeclaredMethod("sout", null);
method1.invoke(obj1, null);
System.out.println(clazz1.getClassLoader().getClass().getName());
}
}
运行结果：
=======自己的加载器加载类调用方法=======
com.tyrival.jvm.lesson01.MyClassLoaderTest$MyClassLoader@266474c2
=======另外一个User1版本：自己的加载器加载类调用方法=======
com.tyrival.jvm.lesson01.MyClassLoaderTest$MyClassLoader@66d3c617
注意
同一个JVM内，两个相同包名和类名的类对象可以共存，因为他们的类加载器可以不一样，所以看两个类对象是否是同一个，除了看类的包名和类名是否都相同之外，还需要他们的类加载器也是同一个才能认为他们是同一个。
Tomcat就是通过这种方法，实现了不同的APP中的类分别加载，不会出现冲突的问题。
Tomcat的JasperLoader热加载
原理：后台启动线程监听jsp文件变化，如果变化了找到该jsp对应的servlet类的加载器引用(gcroot)，重新生成新的JasperLoader加载器赋值给引用，然后加载新的jsp对应的servlet类，之前的那个加载器因为没有gcroot引用了，下一次gc的时候会被销毁。