java类加载机制

java的类加载机制主要分为三种，双亲委派模型、全盘负责机制以及缓存机制。

双亲委派模型

类加载器类使用委托模型来搜索类和资源。类加载器的每个实例都有一个关联的父类加载器。当请求查找类或资源时，
类加载器实例将在试图查找类或资源本身之前，将对类或资源的搜索委托给其父类加载器。虚拟机的内置类加载器称为“引导类加载器(bootstrap class loader)”，
它本身没有父类，但可以作为类加载器实例的父类。

双亲委派模型的结构

根据虚拟机定义的规范，自定义了三层类加载器，用户可以在此基础上继续扩展:

引导类加载器(bootstrap class loader),负责加载<JAVA_HOME>/lib目录下的核心类，该加载器由C++语言实现。
扩展类加载器（extensions class loader）,负责加载<JAVA_HOME>/etc目录下的扩展类。
系统类加载器（system class loader）,根据java项目再启动时指定的-classpath选项或者java.class.path系统属性加载指定目录，主要用于加载用户自定义的类。
自定义加载器（user class loader）,无默认实现，用户实现的目的一般是为了打破双亲委派模型，按照自己的意愿加载指定的类。

使用双亲委派模型的好处

避免了类的重复加载，可以从父类加载器中获取已经加载成功的类
保证了核心类安全，引导类加载器或者扩展类加载器只会在指定的目录下搜寻，避免了用户自定义相同类造成的加载冲突

破坏双亲委派模型场景及意义

双亲委派模型的模式固定，无法满足扩展需求，下面描述几个常用的打破场景：

JDBC

使用不同的数据源，需要不同的驱动类进行匹配，这是一个横向扩展的过程，在java.sql.DriverManager类中，有一个getConnection
方法，用来辅助创建数据库连接，下面是具体的带么分析。

//  由public getConnection（）重载方法调用的辅助方法。
//  Worker method called by the public getConnection() methods.
private static Connection getConnection(
    String url, java.util.Properties info, Class<?> caller) throws SQLException {
    /**
    * 当callerCl为空时，我们应该检查应用程序的（它正在间接调用这个类）classloader，
    * 以便可以从这里加载rt.jar之外的JDBC驱动程序类。
    */
    /*
     * When callerCl is null, we should check the application's
     * (which is invoking this class indirectly)
     * classloader, so that the JDBC driver class outside rt.jar
     * can be loaded from here.
     */
    ClassLoader callerCL = caller != null ? caller.getClassLoader() : null;
    synchronized(DriverManager.class) {
        // 同步加载正确的类加载器。
        // synchronize loading of the correct classloader.
        if (callerCL == null) {
            callerCL = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        }
    }

    if(url == null) {
        throw new SQLException("The url cannot be null", "08001");
    }

    println("DriverManager.getConnection(\"" + url + "\")");

    // 遍历已经加载过的registeredDrivers，尝试建立连接。
    // 请记住引发的第一个异常，以便我们可以重新引发它。
    // Walk through the loaded registeredDrivers attempting to make a connection.
    // Remember the first exception that gets raised so we can reraise it.
    SQLException reason = null;

    //循环处理所有已经注册的驱动
    for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
        // 尝试加载类，如果调用方没有加载驱动程序的权限，则跳过。
        // If the caller does not have permission to load the driver then
        // skip it.
        if(isDriverAllowed(aDriver.driver, callerCL)) {
            try {
                println("    trying " + aDriver.driver.getClass().getName());
                //尝试连接，成功后返回
                Connection con = aDriver.driver.connect(url, info);
                if (con != null) {
                    // Success!
                    println("getConnection returning " + aDriver.driver.getClass().getName());
                    return (con);
                }
            } catch (SQLException ex) {
                //连接失败，只记录第一个异常
                if (reason == null) {
                    reason = ex;
                }
            }

        } else {
            println("    skipping: " + aDriver.getClass().getName());
        }

    }
    // 抛出第一个异常
    // if we got here nobody could connect.
    if (reason != null)    {
        println("getConnection failed: " + reason);
        throw reason;
    }
    //没有注册过的驱动
    println("getConnection: no suitable driver found for "+ url);
    throw new SQLException("No suitable driver found for "+ url, "08001");
}

我们只需要注意synchronized修饰的部分，已经得知DriverManager类是rt.jar中的类，属于bootstrap class loader的加载范围。
但是如果拿不到ClassLoader，则使用当前线程上下文中的ClassLoader,替换成了system class loader，完成了破坏。

Tomcat

一个tomcat下可以挂载多个war包，假设war包A和B引用了同一个jar包不同的版本，此时需要进行隔离，否则无法区分。

graph TD
A(引导类加载器(bootstrap class loader)) --> B(扩展类加载器（extensions class loader）)
    B --> C(系统类加载器（system class loader）)
    C --> C1(Common类加载器（common class loader）)
    C1 --> D(Catalina类加载器（catalina class loader）)
    C1 --> E(Share类加载器（share class loader）)
    E --> F(WebApp类加载器（webApp class loader）)
    E --> G(Jsp类加载器（jasper class loader）)

介绍下新出现的几个加载器:

Common类加载器:负责加载tomcat路径下common目录里的类，提供给tomcat和所有实例使用。
Catalina类加载器:负责加载tomcat路径下server目录里的类，提供给tomcat使用。
Share类加载器:负责加载tomcat路径下shared目录里的类，提供给所有实例使用。
WebApp类加载器:负责加载tomcat路径下某个WebApp的类，提供给当前实例使用。
Jsp类加载器:负责加载tomcat路径下某个WebApp的类，提供给当前实例使用，在检测到Jsp文件发生变化时进行替换，实现热加载。

tomcat的加载流程已经被打乱，但是对于任何应用来说，保证核心类的安全都是必须存在的，tomcat通过以下流程保证了这一点:

查询缓存
使用系统类加载器进行加载，保证核心类不被篡改
使用WebApp类加载器类进行加载
交给父类加载

全盘负责机制

当一个ClassLoader加载了一个类时，这个类所有的引用和依赖（体现在方法区里的符号引用）都要由这个ClassLoader进行加载，
这里是为了确定是由哪个类加载器开始加载，确定好加载器之后依然按照双亲委派模型进行查找，两者并不冲突。

缓存机制

当一个ClassLoader加载了一个类之后，需要对这个类进行缓存。

// The classes loaded by this class loader. The only purpose of this table
// is to keep the classes from being GC'ed until the loader is GC'ed.
private final Vector<Class<?>> classes = new Vector<>();

// Invoked by the VM to record every loaded class with this loader.
void addClass(Class<?> c) {
    classes.addElement(c);
}