# Classloader
Java ClassLoader是构成JRE（Java Runtime Environment）的一部分，ClassLoader负责动态的将java classes加载到JVM中。java classes并不是一次性全部加载到内存中的，而是在应用需要时动态加载到内存中。

> JRE调用classloader，然后classloader负责将classes动态加载到内存中。

在java`按需将需要的类动态加载到内存中`的特性中，classloader扮演了重要的作用，令Java应用更加的弹性和高效。

## Types of ClassLoaders in Java
java ClassLoaders可以被归类为不同的类型，每种类型负责从指定的路径加载classes：
### Bootstrap ClassLoader（原始类加载器）
- Bootstrap Classloader是机器码，负责初始化JVM的操作
- 直到java 8中，其从`rt.jar`中加载核心java文件；但是从java 9开始，其负责从java runtime image中加载核心java文件
- Bootstrap ClassLoader独立的操作，其并没有parent ClassLoader

### Platform ClassLoader（Extension ClassLoader）
- 在java 9之前，存在Extension ClassLoader，但是在java 9及之后，其被称作Platform ClassLoader
- 该classloader会从JDK module系统中加载平台特定的拓展
- platform class loader会从java runtime image中加载文件，同时也会从`java.platform`属性所指定的module或`--module-path`所指定的module处加载文件

### System ClassLoader（Application ClassLoader）
- System ClassLoader也被称为`Application ClassLoader`,其从应用的classpath加载classes
- 其是Platform ClassLoader的一个child
- 将会从`CLASSPATH`环境变量、`-classpath`或`-cp`选项所指定的目录处加载

## Principles of Functionality of a Java ClassLoader
java ClasLoader基于如下准则进行操作：
### Delegation Model
- ClassLoaders遵循委托继承算法
- 当JVM遇到一个class时，其会检查其是否已经被加载，如果该class还未被加载，那么JVM会将class的加载委托给`a chain of ClassLoaders`
- 该委托架构从Application ClassLoader开始，向上移动到Platform ClassLoader，最终移动到Bootstrap ClassLoader
- 在层次结构中的每一个ClassLoader，都会在其负责的locations处查找class，并且在必要时将class的加载过程委托给父级

### Visibility Principle
- 由Parent ClassLoaders负责加载的classes对于child classloader来说也是可见的；反之，由child classloader负责加载的classes对于parent classloader来说则不可见
- 上述的可见性定义确保了封装性，防止由不同的classloaders负责加载的classes出现冲突

### Uniqueness Property
- ClassLoader会确保class只会被加载一次，从而保证class在JVM中的唯一性
- 只有当parent ClassLoader无法查询到某个类时，当前classloader才会尝试去加载该类

## Methods of java.lang.ClassLoader
为了加载类，ClassLoader中提供了如下方法：
- `loadClass(String name, boolean resolve)`: 其会加载JVM所引用的类，并在必要时进行解析
- `defineClass()`: 该方法会将一个字节数组转化为Class实例对象。如果字节数组中的内容不是有效的class，那么将会抛出ClassFormatError异常
- `findClass(String name)`：该方法会对class进行查找，但是并不会对其进行加载
- `findLoadedClass(String name)`：该方法用于验证是否该类已经被加载
- `Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)`： 该方法会加载并初始化class，允许指定ClassLoader，如果该classLoader没有指定，则默认会使用Bootstrap ClassLoader

上述方法的使用示例如下：
```java
// Code executed before class loading
Class<?> clazz = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("com.example.MyClass");
```
<img alt="ClassLoader in Java" height="inherit" src="https://media.geeksforgeeks.org/wp-content/uploads/jvmclassloader.jpg" width="inherit">

### Delegation Model
JVM和ClassLoader使用了委托层次结构算法来加载class，classLoader运行原则如下：
- classLoader永远会遵循委托层次结构原则
- 当jvm遇到class时，其首先会检查该class是否已经被加载
- 如果该类未被加载，那么jvm将会请求classloader sub-system去加载该类，而classloader sub-system则会将该加载工作委托给Application ClassLoader
- Application Classloader会将该类的加载任务委托给Extension ClassLoader，而Extension ClassLoader则是会再次将该加载任务委托给Bootstrap Classloader
- Bootstrap Classloader会在bootstrap classpath（JDK/JRE/LIB/EXT）路径下查找该类，如果该class存在，那么其将会被加载，否则加载请求将会回到Extension Classloader
- Extension Classloader也会从Extension classpath下查找该类，如果查找到该类，则加载该类，否则请求将会被委托给Application ClassLoader
- Application ClassLoader将会在Application classpath路径下查找该类，如果类存在会加载该类，否则其会抛出ClassNotFoundException

### Visibility Principle
可见性原则保证了`由parent classloader加载的类对于child classloader来说是可见的，而child classloader加载的类对parent classloader来说是不可见的`。

假设类`GEEK.class`被Extension ClassLoader加载，那么该类仅被Extension ClassLoader和Application Classloader可见，对于Bootstrap ClassLoader来说`GEEK.class`是不可见的。如果该类尝试通过Bootstrap ClassLoader再次加载，其会报`ClassNotFoundException`

### Uniqueness Property
唯一性保证了class是唯一的，其保证了由parent classloader加载的类不会再被child classloader加载。只有当parent classloader无法查找到该类时，当前classloader才会尝试对其进行加载