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java当中的类加载器

ai 2025/7/4 10:33:09

在 Java 中，类加载器（ClassLoader）是 JVM 的核心组件之一，负责将字节码文件（.class 文件）加载到内存中并生成对应的 Class 对象。Java 的类加载机制遵循双亲委派模型，即一个类加载器在加载类时，会先委托其父类加载器尝试加载，只有在父类加载器无法加载时才会自己加载。

下面分别从 JDK 8 和 JDK 11 的角度详细介绍类加载器的结构、关系以及它们所加载的 JAR 包。

JDK 8 中的类加载器

1. 类加载器的层次结构

在 JDK 8 中，类加载器分为以下几种：

(1) Bootstrap ClassLoader（引导类加载器）

描述:
- 是用 C++ 实现的本地类加载器，负责加载 JVM 核心类库。
- 它是最顶层的类加载器，没有父类加载器。
加载路径:
- $JAVA_HOME/lib 目录下的核心类库，例如：
  - rt.jar（包含 java.lang.*、java.util.* 等核心类）
  - charsets.jar
  - jce.jar
  - jsse.jar
特点:
- 不继承自 java.lang.ClassLoader，而是由 JVM 自身实现。
- 加载的类对应用程序不可见。

(2) Extension ClassLoader（扩展类加载器）

描述:
- 负责加载 Java 的扩展类库。
加载路径:
- $JAVA_HOME/lib/ext 或者系统属性 java.ext.dirs 指定的目录。
特点:
- 是 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 的实例。
- 其父类加载器是 Bootstrap ClassLoader。

(3) Application ClassLoader（应用程序类加载器）

描述:
- 又称为系统类加载器（System ClassLoader），负责加载用户程序的类。
加载路径:
- -classpath 或 -cp 指定的路径。
- 默认情况下是当前工作目录。
特点:
- 是 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 的实例。
- 其父类加载器是 Extension ClassLoader。

(4) Custom ClassLoader（自定义类加载器）

描述:
- 开发者可以通过继承 java.lang.ClassLoader 来实现自己的类加载器。
用途:
- 动态加载类。
- 加载加密的类文件。
- 实现模块化隔离（如 OSGi）。

2. 双亲委派模型

流程:
1. 当某个类加载器收到加载类的请求时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器。
2. 只有当父类加载器无法加载这个类时（即在父类加载器的范围内找不到该类），子类加载器才会尝试自己加载。
优点:
- 避免重复加载：保证同一个类只会被加载一次。
- 安全性：防止用户自定义的核心类（如 java.lang.String）覆盖 JDK 提供的核心类。

JDK 11 中的类加载器

从 JDK 9 开始，Java 引入了模块化系统（JPMS，Java Platform Module System），并对类加载器的结构进行了调整。以下是 JDK 11 中类加载器的主要变化：

1. 类加载器的层次结构

(1) Bootstrap ClassLoader（引导类加载器）

描述:
- 仍然是最顶层的类加载器，负责加载 JVM 核心模块。
加载路径:
- 不再依赖于传统的 $JAVA_HOME/lib 目录，而是基于模块化系统（java.base 等模块）。
- 加载的模块包括：
  - java.base
  - java.logging
  - java.xml
  - 等等。
特点:
- 仍然由 JVM 自身实现，不继承自 java.lang.ClassLoader。

(2) Platform ClassLoader（平台类加载器）

描述:
- 替代了 JDK 8 中的 Extension ClassLoader。
加载路径:
- 负责加载标准的 Java SE 平台模块（非核心模块）。
- 这些模块通常位于 $JAVA_HOME/jmods 目录下。
特点:
- 是 jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader 的实例。
- 其父类加载器是 Bootstrap ClassLoader。

(3) Application ClassLoader（应用程序类加载器）

描述:
- 功能与 JDK 8 中的应用程序类加载器相同。
加载路径:
- 仍然是 -classpath 或 -cp 指定的路径。
特点:
- 是 jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader 的实例。
- 其父类加载器是 Platform ClassLoader。

(4) Custom ClassLoader（自定义类加载器）

描述:
- 与 JDK 8 中的自定义类加载器相同，开发者可以按需实现。

2. 模块化系统的影响

模块化系统:
- 在 JDK 9+ 中，所有的 JDK 类都被组织成模块（Module），每个模块都有明确的边界和依赖关系。
- 类加载器需要根据模块的依赖关系来加载类。
影响:
- rt.jar 和 tools.jar 被移除，取而代之的是模块化的 JAR 文件（.jmod）。
- $JAVA_HOME/lib/ext 不再存在，扩展机制被废弃。
- 类加载器的职责更加清晰，减少了传统类路径（Classpath）的混乱。

总结对比

特性	JDK 8	JDK 11
引导类加载器	加载 `$JAVA_HOME/lib` 下的核心类库	加载模块化系统中的核心模块（如 `java.base`）
扩展类加载器	负责 `$JAVA_HOME/lib/ext`	被 `Platform ClassLoader` 替代
平台类加载器	无	新增，负责加载标准 Java SE 平台模块
应用程序类加载器	负责 `-classpath` 指定的路径	功能不变
模块化支持	无	基于模块化系统