Java类加载器（英语：Java Classloader）是Java运行时环境（Java Runtime Environment）的一部分，负责动态加载Java类到Java虚拟机的内存空间中。类通常是按需加载，即第一次使用该类时才加载。由于有了类加载器，Java运行时系统不需要知道文件与文件系统。学习类加载器时，掌握Java的委派概念很重要。

每个Java类必须由某个类加载器装入到内存。Java程序可以利用外部库（即由其他作者编写的软件库）。

JVM中有3个默认的类加载器：

  1. 引导（Bootstrap）类加载器。由原生代码（如C语言）编写，不继承自java.lang.ClassLoader。负责加载核心Java库，存储在<JAVA_HOME>/jre/lib目录中。
  2. 扩展（Extensions）类加载器。用来在<JAVA_HOME>/jre/lib/ext,或java.ext.dirs中指明的目录中加载 Java的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。该类由sun.misc.LauncherExtClassLoader实现。
  3. Apps类加载器（也称系统类加载器）。根据 Java应用程序的类路径（java.class.path或CLASSPATH环境变量）来加载 Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。该类由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。
  4. 每个类装载器有一个父装载器（parent class loader）。

 类的唯一性

对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和类的全限定名一同确定其在Java虚拟机中的唯一性。

换句话说就是，比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载他们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。

这里所指的“相等”，包括Class对象的equals()方法，isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果，也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。

类加载器的命名空间

每个类加载器有自己的命名空间，命名空间由所有以此加载器为初始加装载器的类组成。

不同类加载器的命名空间关系：

1、同一个命名空间内的类是相互可见的，即可以互相访问。

2、父加载器的命名空间对子加载器可见。

3、子加载器的命名空间对父加载器不可见。

4、如果两个加载器之间没有直接或间接的父子关系，那么它们各自加载的类相互不可见。

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这个类加载器负责将存放在\lib目录中，或者被-Xbootclasspath虚拟机参数指定的路径中，并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。（仅按照文件名识别，如rt.jar，名称不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载。）

扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher&ExtClassLoader实现，它负责加载\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

应用程序类加载器（Application ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$ApplicationClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

类加载器体系可以通过使用不同的类加载器加载可信包(trusted packages)和不可信包(untrusted packages)从而保护可信包的安全。尽管你可以对同一包中的类型制定访问控制，但这种控制只有在被同一个加载器加载的前提下才起作用。

什么是类加载器

类加载器是一个用来加载类文件的类。Java源代码通过javac编译器编译成类文件。然后JVM来执行类文件中的字节码来执行程序。类加载器负责加载文件系统、网络或其他来源的类文件。有三种默认使用的类加载器：Bootstrap类加载器、Extension类加载器和System类加载器（或者叫作Application类加载器）。每种类加载器都有设定好从哪里加载类。

  • Bootstrap类加载器负责加载rt.jar中的JDK类文件，它是所有类加载器的父加载器。Bootstrap类加载器没有任何父类加载器，如果你调用String.class.getClassLoader()，会返回null，任何基于此的代码会抛出NUllPointerException异常。Bootstrap加载器被称为初始类加载器。
  • 而Extension将加载类的请求先委托给它的父加载器，也就是Bootstrap，如果没有成功加载的话，再从jre/lib/ext目录下或者java.ext.dirs系统属性定义的目录下加载类。Extension加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
  • 第三种默认的加载器就是System类加载器（又叫作Application类加载器）了。它负责从classpath环境变量中加载某些应用相关的类，classpath环境变量通常由-classpath或-cp命令行选项来定义，或者是JAR中的Manifest的classpath属性。Application类加载器是Extension类加载器的子加载器。通过sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。

 总结一下，下面是三种类加载器加载类文件的地方：

1) Bootstrap类加载器 – JRE/lib/rt.jar

2) Extension类加载器 – JRE/lib/ext或者java.ext.dirs指向的目录

3) Application类加载器 – CLASSPATH环境变量, 由-classpath或-cp选项定义,或者是JAR中的Manifest的classpath属性定义.

类加载器的工作原理

加载器的工作原理基

三个机制：委托、可见性和单一性。这一节，我们来详细看看这些规则，并用一个实例来理解工作原理。下面显示的是类加载器使用委托机制的工作原理。

委托机制

当一个类加载和初始化的时候，类仅在有需要加载的时候被加载。假设你有一个应用需要的类叫作Abc.class，首先加载这个类的请求由Application类加载器委托给它的父类加载器Extension类加载器，然后再委托给Bootstrap类加载器。Bootstrap类加载器会先看看rt.jar中有没有这个类，因为并没有这个类，所以这个请求由回到Extension类加载器，它会查看jre/lib/ext目录下有没有这个类，如果这个类被Extension类加载器找到了，那么它将被加载，而Application类加载器不会加载这个类；而如果这个类没有被Extension类加载器找到，那么再由Application类加载器从classpath中寻找。记住classpath定义的是类文件的加载目录，而PATH是定义的是可执行程序如javac，java等的执行路径。

可见性机制

根据可见性机制，子类加载器可以看到父类加载器加载的类，而反之则不行。所以下面的例子中，当Abc.class已经被Application类加载器加载过了，然后如果想要使用Extension类加载器加载这个类，将会抛出java.lang.ClassNotFoundException异常。

单一性机制

根据这个机制，父加载器加载过的类不能被子加载器加载第二次。虽然重写违反委托和单一性机制的类加载器是可能的，但这样做并不可取。你写自己的类加载器的时候应该严格遵守这三条机制。

如何显式的加载类

Java提供了显式加载类的API：Class.forName(classname)和Class.forName(classname, initialized, classloader)。就像上面的例子中，你可以指定类加载器的名称以及要加载的类的名称。类的加载是通过调用java.lang.ClassLoader的loadClass()方法，而loadClass()方法则调用了findClass()方法来定位相应类的字节码。在这个例子中Extension类加载器使用了java.net.URLClassLoader，它从JAR和目录中进行查找类文件，所有以”/”结尾的查找路径被认为是目录。如果findClass()没有找到那么它会抛出java.lang.ClassNotFoundException异常，而如果找到的话则会调用defineClass()将字节码转化成类实例，然后返回。

什么地方使用类加载器

类加载器是个很强大的概念，很多地方被运用。最经典的例子就是AppletClassLoader，它被用来加载Applet使用的类，而Applets大部分是在网上使用，而非本地的操作系统使用。使用不同的类加载器，你可以从不同的源地址加载同一个类，它们被视为不同的类。J2EE使用多个类加载器加载不同地方的类，例如WAR文件由Web-app类加载器加载，而EJB-JAR中的类由另外的类加载器加载。有些服务器也支持热部署，这也由类加载器实现。你也可以使用类加载器来加载数据库或者其他持久层的数据。

以上是关于类加载器的工作原理。我们已经知道了委托、可见性以及单一性原理，这些对于调试类加载器相关问题时至关重要。这些对于Java程序员和架构师来说都是必不可少的知识。