如何实现一个自定义类加载器，并描述其加载类的过程？

题目

如何实现一个自定义类加载器，并描述其加载类的过程？

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

类加载机制,自定义类加载器,双亲委派模型

快速回答

实现自定义类加载器的关键步骤：

1. 继承ClassLoader类
2. 重写findClass()方法
3. 在findClass()中：
   • 读取类文件字节码
   • 调用defineClass()生成Class对象

类加载过程遵循双亲委派模型：

• 自底向上委派父加载器
• 父加载器失败时自行加载

一、实现自定义类加载器

以下是一个从非标准路径加载类的实现示例：

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    private final String classPath;

    public CustomClassLoader(String classPath) {
        this.classPath = classPath;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 1. 获取类文件字节码
        byte[] classData = loadClassData(name);
        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException(name);
        }
        // 2. 调用defineClass生成Class对象
        return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    }

    private byte[] loadClassData(String className) {
        String path = classPath + className.replace('.', '/') + ".class";
        try (InputStream is = new FileInputStream(path);
             ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream()) {
            byte[] buffer = new byte[4096];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = is.read(buffer)) != -1) {
                baos.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            return baos.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            return null;
        }
    }
}

二、类加载过程详解（双亲委派模型）

当调用loadClass()时：

1. 委派父加载器：
   • 检查是否已加载 → 委托父加载器尝试加载
   • 父加载器递归向上委托（Bootstrap → Extension → Application）
2. 自行加载：
   • 若所有父加载器均无法加载，调用自身的findClass()
   • 通过defineClass()完成类定义

三、关键原理说明

• defineClass作用：将字节数组转换为JVM内部的Class对象，执行验证、准备、解析等阶段
• 破坏双亲委派：重写loadClass()可破坏模型（如Tomcat的WebappClassLoader）
• 命名空间隔离：不同类加载器加载的相同类被视为不同类

四、最佳实践与注意事项

五、常见错误

• 内存泄漏：未关闭InputStream导致文件句柄泄漏
• 类冲突：自定义加载器加载核心类（如java.lang.String）会抛出SecurityException
• 性能问题：未缓存已加载类导致重复读取文件

六、扩展知识

• 热部署实现：每次加载新版本类时创建新的类加载器实例
• OSGi模型：网状类加载结构，允许模块间有选择的共享类
• JDK9模块化：通过ModuleLayer实现更精细的类加载控制