摘要：本文主要介紹類加載器、自定義類加載器及類的加載和解除安裝等内容，并舉例介紹了Java類的熱替換。
最近，遇到了兩個和Java類的加載和解除安裝相關的問題：
1) 是一道關于Java的判斷題：一個類被首次加載後，會長期留駐JVM，直到JVM退出。這個說法，是不是正确的？
2) 在開發的一個內建平台中，需要內建類似接口的多種工具，并且工具可能會有新增，同時在不同的環境部署會有裁剪（例如對外提供服務的應用，不能提供特定的采購的工具），如何才能更好地實作？
針對上面的第2點，我們采用Java插件化開發實作。上面的兩個問題，都和Java的類加載和熱替換機制有關。
類加載器，顧名思義，就是用來實作類的加載操作。每個類加載器都有一個獨立的類名稱空間，就是說每個由該類加載器加載的類，都在自己的類名稱空間，如果要比較兩個類是否“相等”，首先這兩個類必須在相同的類命名空間，即由相同的類加載器加載（即對于任何一個類，都必須由該類本身和加載它的類加載器一起确定其在JVM中的唯一性），不是同一個類加載器加載的類，不會相等。
在Java中，主要有如下的類加載器：
圖1.1 Java類加載器
下面，簡單介紹上面這幾種類加載器：
啟動類加載器（Bootstrap Class Loader）：這個類使用C++開發（所有的類加載器中，唯一使用C++開發的類加載器），用來加載<JAVA_HOME>/lib目錄中jar和tools.jar或者使用 -Xbootclasspath 參數指定的類。
擴充類加載器（Extension Class Loader）：定義為misc.Launcher$ExtClassLoader，用來加載<JAVA_HOME>/lib/ext目錄或者使用java.ext.dir指定的類。
應用程式類加載器（Application Class Loader）：定義為misc.Launcher$AppClassLoader，用來加載使用者類路徑下面（classpath）下面所有的類，一般情況下，該類是應用程式預設的類加載器。
使用者自定義類加載器（User Class Loader）：使用者自定義類加載器，一般沒有必要，後面我們會專門來一部分介紹該類型的類加載器。
雙親委派模型，是從 Java1.2 開始引入的一種類加載器模式，在Java中，類的加載操作通過java.lang.ClassLoader中的loadClass()方法完成，咱們首先看看該方法的實作（直接從Java源碼中撈出來的）：
我們結合上面的注釋，來解釋下雙親委派模型的内容：
1) 接收到一個類加載請求後，首先判斷該類是否有加載，如果已經加載，則直接傳回；
2) 如果尚未加載，首先擷取父類加載器，如果可以擷取父類加載器，則調用父類的loadClass()方法來加載該類，如果無法擷取父類加載器，則調用啟動器加載器來加載該類；
3) 判斷該類是否被父類加載器或者啟動類加載器加載，如果已經加載完成則傳回，如果未成功加載，則自己嘗試來加載該類。
上面的描述，說明了loadClass()方法的實作，我們進一步對上面的步驟進行解釋：
因為類加載器首先調父類加載器來進行加載，從loadClass()方法的實作，我們知道父類加載器會嘗試調自己的父類加載器，直到啟動類加載器，是以，任何一個類的加載，都會最終委托到啟動類加載器來首先加載；
在前面有進行介紹，啟動類加載器、擴充類加載器、應用程式類加載器，都有自己加載的類的範圍，例如啟動類加載器隻加載JDK核心庫，是以并不是父類加載器就可以都加載成功，父類加載器無法加載（一般如上面代碼，抛出來ClassNotFoundException），此時會由自己加載。
最後啰嗦一下，再進行一下總結：
雙親委派模型：如果一個類加載器收到類加載請求，會首先把加載請求委派給父類加載器完成，每個層次的類加載器都是這樣，最終所有的加載請求都傳動到最根的啟動類加載器來完成，如果父類加載器無法完成該加載請求（即自己加載的範圍内找不到該類），子類加載器才會嘗試自己加載。
這樣的雙親委派模型有個好處：就是所有的類都盡可能由頂層的類加載器加載，保證了加載的類的唯一性，如果每個類都随機由不同的類加載器加載，則類的實作關系無法保證，對于保證Java程式的穩定運作意義重大。
在Java中，每個類都有相應的Class Loader，同樣的，每個執行個體對象也會有相應的類，當滿足如下三個條件時，JVM就會解除安裝這個類：
1) 該類所有執行個體對象不可達
2) 該類的Class對象不可達
3) 該類的Class Loader不可達
那麼，上面示例對象、Class對象和類的Class Loader直接是什麼關系呢？
在類加載器的内部實作中，用一個Java集合來存放所加載類的引用。而一個Class對象總是會引用它的類加載器，調用Class對象的getClassLoader()方法，就能獲得它的類加載器。是以，Class執行個體和加載它的加載器之間為雙向引用關系。
一個類的執行個體總是引用代表這個類的Class對象。在Object類中定義了getClass()方法，這個方法傳回代表對象所屬類的Class對象的引用。此外，所有的Java類都有一個靜态屬性class，它引用代表這個類的Class對象。
Java虛拟機自帶的類加載器（前面介紹的三種類加載器）在JVM運作過程中，會始終存在，而這些類加載器則會始終引用它們所加載的類的Class對象，是以這些Class對象始終是可觸及的。是以，由Java虛拟機自帶的類加載器所加載的類，在虛拟機的生命周期中，始終不會被解除安裝。
那麼，我們是不是就完全不能在Java程式運作過程中，動态修改我們使用的類了嗎？答案是否定的！根據上面的分析，通過Java虛拟機自帶的類加載器加載的類無法解除安裝，我們可以自定義類加載器來加載Java程式，通過自定義類加載器加載的Java類，是可以被解除安裝的。
前面介紹到，類加載的雙親委派模型，是推薦模型，在loadClass中實作的，并不是必須使用的模型。我們可以通過自定義類加載器，直接加載我們需要的Java類，而不委托給父類加載器。
圖2.1 自定義類加載器
如上圖所示，我們有自定義的類加載器MyClassLoader，用來加載類MyClass，則在JVM中，會存在上面三類引用（上圖忽略這三種類型對象對其他的對象的引用）。如果我們将左邊的三個引用變量，均設定為null，那麼此時，已經加載的MyClass将會被解除安裝。
動态解除安裝需要借助于JVM的垃圾收集功能才可以做到，但是我們知道，JVM的垃圾回收，隻有在堆記憶體占用比較高的時候，才會觸發。即使我們調用了System.gc()，也不會立即執行垃圾回收操作，而隻是告訴JVM需要執行垃圾回收，至于什麼時候垃圾回收，則要看JVM自己的垃圾回收政策。
但是我們不需要悲觀，即使動态解除安裝不是那麼牢靠，但是實作動态的Java類的熱替換還是有希望的。
下面通過代碼來介紹Java類的熱替換方法（代碼簡陋，主要為了說明問題）：
如下面的代碼：
首先定義一個自定義類加載器：
上面在loadClass時，先判斷類name（包含package的全限定名）是否以java開始，如果是java開始，則使用JVM自帶的類加載器加載。
然後定義一個簡單的動态加載類：
在執行過程中，會動态修改列印内容，測試類的熱加載。
然後定義一個調用類：
當我們運作上面Main程式過程中，我們動态修改執行内容（SayHello中，從 hello zmj... 更改為 hello ping...），最終展示的内容如下：
本文主要介紹類加載器、自定義類加載器及類的加載和解除安裝等内容，并舉例介紹了Java類的熱替換實作。
其實，最近在開發項目中，需要裁剪特性，就想用pf4j來做插件化開發，了解了一些類加載機制，整理一下。
主要參考《深入Java虛拟機：JVM進階特性與最佳實踐》。
本文分享自華為雲社群《Java類動态加載和熱替換》，原文作者：maijun 。
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