Java 的類加載機(jī)制通過(guò) ClassLoader 實(shí)現(xiàn)，其核心工作流程分為加載、鏈接和初始化三個(gè)階段。加載階段由 ClassLoader 動(dòng)態(tài)讀取類的字節(jié)碼并創(chuàng)建 Class 對(duì)象；鏈接包括驗(yàn)證類的正確性、為靜態(tài)變量分配內(nèi)存及解析符號(hào)引用；初始化則執(zhí)行靜態(tài)代碼塊和靜態(tài)變量賦值。類加載采用雙親委派模型，優(yōu)先委托父類加載器查找類，依次嘗試 Bootstrap、Extension 和 Application ClassLoader，確保核心類庫(kù)安全且避免重復(fù)加載。開(kāi)發(fā)者可自定義 ClassLoader，如 URLClassLoader 用于遠(yuǎn)程加載，WebApp ClassLoader 實(shí)現(xiàn)應(yīng)用隔離，OSGi 支持模塊化動(dòng)態(tài)加載。此外，類卸載依賴 ClassLoader 的回收，若 ClassLoader 被引用則無(wú)法釋放內(nèi)存，易導(dǎo)致泄漏，需合理管理生命周期以優(yōu)化資源。掌握 ClassLoader 原理有助于排查問(wèn)題、優(yōu)化結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)插件系統(tǒng)。

Java 的類加載機(jī)制是 JVM 運(yùn)行時(shí)的重要組成部分，而 ClassLoader 就是這套機(jī)制的核心。理解 ClassLoaders 是怎么工作的，有助于排查類加載問(wèn)題、優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，甚至能幫你更好地設(shè)計(jì)模塊化系統(tǒng)。

類加載的基本流程

Java 程序運(yùn)行時(shí)，并不是一開(kāi)始就加載所有類。而是當(dāng)類第一次被使用時(shí)，由 ClassLoader 動(dòng)態(tài)加載進(jìn)內(nèi)存。這個(gè)過(guò)程大致分為三個(gè)階段：

• 加載（Loading）：找到類的二進(jìn)制字節(jié)碼文件（通常是 .class 文件），讀取并創(chuàng)建一個(gè) Class 對(duì)象。
• 鏈接（Linking）：包括驗(yàn)證、準(zhǔn)備和解析三步。驗(yàn)證確保類的正確性；準(zhǔn)備為靜態(tài)變量分配內(nèi)存并設(shè)置默認(rèn)值；解析則是將符號(hào)引用替換為直接引用。
• 初始化（Initialization）：執(zhí)行類構(gòu)造器 <clinit></clinit> 方法，也就是我們寫(xiě)的靜態(tài)代碼塊和靜態(tài)變量賦值操作。

這三個(gè)步驟中，加載是由 ClassLoader 完成的，其余兩個(gè)階段則由 JVM 控制。

雙親委派模型（Parent Delegation Model）

Java 的 ClassLoaders 采用了一種叫做“雙親委派”的機(jī)制來(lái)避免重復(fù)加載類。每個(gè) ClassLoader 都有一個(gè)父類加載器，加載類的時(shí)候會(huì)先委托給父類去加載，只有在父類無(wú)法加載時(shí)才自己嘗試加載。

標(biāo)準(zhǔn)的 ClassLoader 層級(jí)如下：

• Bootstrap ClassLoader：負(fù)責(zé)加載 JVM 自帶的核心類（如 java.lang.Object），通常位于 rt.jar 中。
• Extension ClassLoader：加載 Java 的擴(kuò)展庫(kù)，一般位于 jre/lib/ext 目錄下。
• Application ClassLoader（也叫 System ClassLoader）：加載應(yīng)用程序類路徑（classpath）下的類，是我們最常打交道的 ClassLoader。

比如當(dāng)你調(diào)用 Class.forName("com.example.MyClass") 時(shí)，默認(rèn)就是由 Application ClassLoader 發(fā)起加載請(qǐng)求，它會(huì)先問(wèn) Extension，Extension 再問(wèn) Bootstrap，如果都沒(méi)找到，才會(huì)自己去 classpath 找。

這種機(jī)制的好處是保證了類的一致性和安全性，防止用戶自定義類覆蓋核心類庫(kù)。

常見(jiàn)的 ClassLoader 實(shí)現(xiàn)及用途

除了上面提到的標(biāo)準(zhǔn) ClassLoader，Java 還允許開(kāi)發(fā)者自定義 ClassLoader 來(lái)滿足特定需求，比如從網(wǎng)絡(luò)加載類、熱部署、插件系統(tǒng)等。

常見(jiàn)的幾種 ClassLoader：

• URLClassLoader：可以根據(jù) URL（比如本地文件或遠(yuǎn)程 HTTP 地址）加載類，適合動(dòng)態(tài)加載外部 JAR 包。
• Custom ClassLoader：繼承 ClassLoader 并重寫(xiě) findClass() 或 loadClass() 方法，可以實(shí)現(xiàn)自己的類加載邏輯。
• WebApp ClassLoader（常見(jiàn)于 Tomcat）：每個(gè) Web 應(yīng)用都有自己獨(dú)立的 ClassLoader，用來(lái)隔離不同應(yīng)用的類版本。
• OSGi ClassLoader：用于模塊化系統(tǒng)，支持類的動(dòng)態(tài)加載與卸載。

如果你在開(kāi)發(fā)插件系統(tǒng)，可能就需要自定義一個(gè) ClassLoader，讓它從指定目錄加載插件的 JAR 文件。例如：

public class PluginClassLoader extends ClassLoader {
    private final File jarFile;

    public PluginClassLoader(File jarFile, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        this.jarFile = jarFile;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte[] classBytes = readClassFromFile(name);
            return defineClass(name, classBytes, 0, classBytes.length);
        } catch (IOException e) {
            throw new ClassNotFoundException("Class "   name   " not found", e);
        }
    }

    private byte[] readClassFromFile(String name) throws IOException {
        // 實(shí)際從 JAR 中讀取類的字節(jié)碼
        ...
    }
}

這樣你就可以通過(guò)這個(gè)類加載器來(lái)加載插件中的類了。

類卸載與內(nèi)存管理

很多人不知道的是，類是可以被卸載的，但這只發(fā)生在對(duì)應(yīng)的 ClassLoader 被垃圾回收時(shí)。也就是說(shuō)，只要你的 ClassLoader 還被引用著，它加載的所有類都不會(huì)被回收，容易造成內(nèi)存泄漏。

所以，在使用自定義 ClassLoader 時(shí)要注意及時(shí)釋放資源，尤其是在頻繁加載/卸載的場(chǎng)景下，比如熱更新或動(dòng)態(tài)模塊加載。

一個(gè)常見(jiàn)的做法是把 ClassLoader 放在一個(gè)弱引用容器里，或者在不再需要時(shí)手動(dòng)置為 null，讓 GC 能順利回收。

基本上就這些。ClassLoader 是 Java 比較底層但又非常實(shí)用的一部分，掌握好它的原理和使用方式，能幫助你寫(xiě)出更靈活、更健壯的應(yīng)用。

以上是Java Classloader在內(nèi)部如何工作的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！