类加载是java语言提供的最强大的机制之一。尽管类加载并不是讨论的热点话题，但所有的编程人员都应该了解其工作机制，明白如何做才能让其满足我们的需要。

　　类加载器如何工作？

　　除了引导类加载器，所有的类加载器都有一个父类加载器，不仅如此，所有的类加载器也都是java.lang.ClassLoader类型。以上两种类加载器是不同的，而且对于开发者自订制的类加载器的正常运行也至关重要。最重要的方面是正确设置父类加载器。任何类加载器，其父类加载器是加载该类加载器的类加载器实例。（记住，类加载器本身也是一个类！）

　　使用loadClass()方法可以从类加载器中获得该类。我们可以通过java.lang.ClassLoader的源代码来了解该方法工作的细节，如下：

protected synchronized Class<?> loadClass (String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { 　// First check if the class is already loaded 　Class c = findLoadedClass(name); 　if (c == null) 　{ 　　try 　　{ 　　　if (parent != null) 　　　{ 　　　　c = parent.loadClass(name, false); 　　　} else { 　　　　c = findBootstrapClass0(name); 　　　} 　　} catch (ClassNotFoundException e) { 　　　// If still not found, then invoke // findClass to find the class. 　　　c = findClass(name); 　　} 　} 　if (resolve) 　{ 　　resolveClass(c); 　} 　return c; }

　　我们可以使用ClassLoader的两种构造方法来设置父类加载器：

public class MyClassLoader extends ClassLoader { 　public MyClassLoader() 　{ 　　super(MyClassLoader.class.getClassLoader()); 　} }

　　或

public class MyClassLoader extends ClassLoader { 　public MyClassLoader() 　{ 　　super(getClass().getClassLoader()); 　} }

　　第一种方式较为常用，因为通常不建议在构造方法里调用getClass()方法，因为对象的初始化只是在构造方法的出口处才完全完成。因此，如果父类加载器被正确建立，当要示从一个类加载器的实例获得一个类时，如果它不能找到这个类，它应该首先去访问其父类。如果父类不能找到它(即其父类也不能找不这个类，等等)，而且如果findBootstrapClass0()方法也失败了，则调用findClass()方法。findClass()方法的缺省实现会抛出ClassNotFoundException，当它们继承java.lang.ClassLoader来订制类加载器时开发者需要实现这个方法。findClass()的缺省实现方式如下：

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { throw new ClassNotFoundException(name); }

　　在findClass()方法内部，类加载器需要获取任意来源的字节码。来源可以是文件系统，URL，数据库，可以产生字节码的另一个应用程序，及其他类似的可以产生java规范的字节码的来源。你甚至可以使用BCEL (Byte Code Engineering Library：字节码工程库)，它提供了运行时创建类的捷径。BCEL已经被成功地使用在以下方面：编译器，优化器，混淆器，代码产生器及其他分析工具。一旦字节码被检索，此方法就会调用defineClass()方法，此行为对不同的类加载实例是有差异的。因此，如果两个类加载实例从同一个来源定义一个类，所定义的结果是不同的。

　　JAVA语言规范（Java language specification）详细解释了JAVA执行引擎中的类或接口的加载（loading），链接（linking）或初始化（initialization）过程。

　　图一显示了一个主类称为MyMainClass的应用程序。依照之前的阐述，MyMainClass.class会被AppClassLoader加载。 MyMainClass创建了两个类加载器的实例：CustomClassLoader1 和 CustomClassLoader2,他们可以从某数据源（比如网络）获取名为Target的字节码。这表示类Target的类定义不在应用程序类路径或扩展类路径。在这种情况下，如果MyMainClass想要用自定义的类加载器加载Target类，CustomClassLoader1和CustomClassLoader2会分别独立地加载并定义Target.class类。这在java中有重要的意义。如果Target类有一些静态的初始化代码，并且假设我们只希望这些代码在JVM中只执行一次，而这些代码在我们目前的步骤中会执行两次——分别被不同的CustomClassLoaders加载并执行。如果类Target被两个CustomClassLoaders加载并创建两个实例Target1和Target2，如图一显示，它们不是类型兼容的。换句话说，在JVM中无法执行以下代码：

Target target3 = (Target) target2;

　　以上代码会抛出一个ClassCastException。这是因为JVM把他们视为分别不同的类，因为他们被不同的类加载器所定义。这种情况当我们不是使用两个不同的类加载器CustomClassLoader1 和 CustomClassLoader2，而是使用同一个类加载器CustomClassLoader的不同实例时，也会出现同样的错误。这些会在本文后边用具体代码说明。

图1. 在同一个JVM中多个类加载器加载同一个目标类

　为什么我们需要我们自己的类加载器

　　原因之一为开发者写自己的类加载器来控制JVM中的类加载行为，java中的类靠其包名和类名来标识，对于实现了java.io.Serializable接口的类，serialVersionUID扮演了一个标识类版本的重要角色。这个唯一标识是一个类名、接口名、成员方法及属性等组成的一个64位的哈希字段，而且也没有其他快捷的方式来标识一个类的版本。严格说来，如果以上的都匹配，那么则属于同一个类。

　　但是让我们思考如下情况：我们需要开发一个通用的执行引擎。可以执行实现某一特定接口的任何任务。当任务被提交到这个引擎，首先需要加载这个任务的代码。假设不同的客户对此引擎提交了不同的任务，凑巧，这些所有的任务都有一个相同的类名和包名。现在面临的问题就是这个引擎是否可以针对不同的用户所提交的信息而做出不同的反应。这一情况在下文的参考一节有可供下载的代码样例，samepath 和 differentversions，这两个目录分别演示了这一概念。 图2 显示了文件目录结构，有三个子目录samepath, differentversions, 和 differentversionspush，里边是例子：

图2. 文件夹结构组织示例

　　在samepath 中，类version.Version保存在v1和v2两个子目录里，两个类具有同样的类名和包名，唯一不同的是下边这行：

public void fx(){ log("this = " + this + "; Version.fx(1)."); }

　　V1中，日志记录中有Version.fx(1)，而在v2中则是Version.fx(2)。把这个两个存在细微不同的类放在一个classpath下，然后运行Test类：

set CLASSPATH=.;%CURRENT_ROOT%\v1;%CURRENT_ROOT%\v2 %JAVA_HOME%\bin\java Test

　　图3显示了控制台输出。我们可以看到对应着Version.fx(1)的代码被执行了，因为类加载器在classpath首先看到此版本的代码。

图3. 在类路径中samepath测试排在最前面的version 1

　　再次运行，类路径做如下微小改动。

set CLASSPATH=.;%CURRENT_ROOT%\v2;%CURRENT_ROOT%\v1 %JAVA_HOME%\bin\java Test

　　控制台的输出变为图4。对应着Version.fx(2)的代码被加载，因为类加载器在classpath中首先找到它的路径。

图4. 在类路径中samepath测试排在最前面的version 2

　　根据以上例子可以很明显地看出，类加载器加载在类路径中被首先找到的元素。如果我们在v1和v2中删除了version.Version，做一个非version.Version形式的.jar文件，如myextension.jar，把它放到对应java.ext.dirs的路径下，再次执行后看到version.Version不再被AppClassLoader加载，而是被扩展类加载器加载。如图5所示。

图5. AppClassLoader及ExtClassLoader

　　继续这个例子，文件夹differentversions包含了一个RMI执行引擎，客户端可以提供给执行引擎任何实现了common.TaskIntf接口的任务。子文件夹client1 和 client2包含了类client.TaskImpl有个细微不同的两个版本。两个类的区别在以下几行：

static { 　log("client.TaskImpl.class.getClassLoader (v1) : " + TaskImpl.class.getClassLoader()); } public void execute(){ log("this = " + this + "; execute(1)"); }

　　在client1和client2里分别有getClassLoader(v1) 与 execute(1)和getClassLoader(v2) 与 execute(2)的的log语句。并且，在开始执行引擎RMI服务器的代码中，我们随意地将client2的任务实现放在类路径的前面。

CLASSPATH=%CURRENT_ROOT%\common;%CURRENT_ROOT%\server; %CURRENT_ROOT%\client2;%CURRENT_ROOT%\client1 %JAVA_HOME%\bin\java server.Server

　　如图6，7，8的屏幕截图，在客户端VM，各自的client.TaskImpl类被加载、实例化，并发送到服务端的VM来执行。从服务端的控制台，可以明显看到client.TaskImpl代码只被服务端的VM执行一次，这个单一的代码版本在服务端多次生成了许多实例，并执行任务。

图6. 执行引擎服务器控制台

　　图6显示了服务端的控制台，加载并执行两个不同的客户端的请求，如图7、8所示。需要注意的是，代码只被加载了一次（从静态初始化块的日志中也可以明显看出），但对于客户端的调用这个方法被执行了两次。

图7. 执行引擎客户端 1控制台

　　图7中，客户端VM加载了含有client.TaskImpl.class.getClassLoader(v1)的日志内容的类TaskImpl的代码，并提供给服务端的执行引擎。图8的客户端VM加载了另一个TaskImpl的代码，并发送给服务端。

图8. 执行引擎客户端 2控制台

　　在客户端的VM中，类client.TaskImpl被分别加载，初始化，并发送到服务端执行。图6还揭示了client.TaskImpl的代码只在服务端的VM中加载了一次，但这“唯一的一次”却在服务端创造了许多实例并执行。或许客户端1该不高兴了因为并不是它的client.TaskImpl(v1)的方法调用被服务端执行了，而是其他的一些代码。如何解决这一问题？答案就是实现定制的类加载器。