JVM 类加载机制概述

在 Java 虚拟机（JVM）中，类加载器（ClassLoader）负责将字节码（.class 文件）加载到内存中，以供程序运行。JVM 内置了三种主要的类加载器：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：
- 职责：加载 Java 核心类库，如 rt.jar。
- 实现：使用本地代码（C/C++）实现，不是 Java 类的实例。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：
- 职责：加载扩展类库，通常位于 JAVA_HOME/lib/ext 目录下。
- 实现：由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现。
应用程序类加载器（AppClassLoader）：
- 职责：加载应用程序的类路径（classpath）下的类和资源。
- 实现：由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现，是默认的系统类加载器。

有时，默认的类加载器无法满足特殊需求，例如从网络、数据库或加密的文件中加载类。这时可以通过继承 java.lang.ClassLoader 或其子类创建自定义类加载器。

步骤：
1. 继承 ClassLoader：创建一个新的类，继承自 ClassLoader。
2. 重写 findClass() 方法：实现自定义的类加载逻辑。
3. 调用 defineClass() 方法：将字节码转换为 Class 对象。
应用场景：
- 热部署：在不重启应用的情况下更新类。
- 模块隔离：为不同的模块使用不同的类加载器，避免类冲突。
- 安全控制：限制加载哪些类，增强系统安全性。

双亲委派机制是 JVM 类加载器的默认工作模式，其核心思想是层层委派，保证了 Java 类加载的安全性和稳定性。

工作流程：
1. 类加载请求：当类加载器需要加载类时，首先将请求委派给父类加载器。
2. 递归委派：父类加载器再将请求委派给其父类，直至顶层的启动类加载器。
3. 类查找：启动类加载器尝试加载类，若失败则向下层返回。
4. 自行加载：当父类加载器无法加载时，子加载器才会尝试自行加载。
优点：
- 安全性：防止核心 API 被篡改，如防止自定义的 java.lang.Object 类被加载。
- 避免重复加载：确保同一个类只被加载一次。
缺点：
- 不灵活：无法满足某些需要自定义加载顺序的特殊需求。
- 调试困难：类加载问题可能导致难以定位的错误。

Tomcat 作为一个常用的 Java Web 服务器，扩展了 JVM 的类加载机制，以支持多个 Web 应用的隔离和热部署。

类加载器结构：
1. Common ClassLoader：
  - 职责：加载 Tomcat/lib 下的类，供所有应用共享。
  - 特性：位于系统类加载器和 Catalina ClassLoader 之间。
2. Catalina ClassLoader：
  - 职责：加载 Tomcat 核心类。
  - 特性：确保 Tomcat 自身的运行环境。
3. Shared ClassLoader：
  - 职责：加载 Tomcat/shared 目录下的类，供特定应用共享。
  - 特性：可用于多个 Web 应用之间共享类。
4. Webapp ClassLoader：
  - 职责：每个 Web 应用都有独立的类加载器，加载 WEB-INF/classes 和 WEB-INF/lib 下的类。
  - 特性：实现应用隔离，支持热部署。
特点：
- 模块化：不同的类加载器加载不同层次的类，互不干扰。
- 热部署：支持应用的动态加载和卸载，无需重启服务器。
- 类隔离：防止不同 Web 应用之间的类冲突，提高安全性。

优点：

缺点：

综上所述，JVM 的类加载器、自定义类加载器、双亲委派机制以及 Tomcat 的类加载机制共同构建了一个灵活、安全且可扩展的 Java 应用运行环境。但同时，这些机制也带来了复杂性，需要在开发和部署中仔细考虑和处理。

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