Java的ClassLoader机制是Java运行时环境的核心组成部分，它负责加载.class文件到JVM（Java Virtual Machine）中，以便程序能够使用这些类。ClassLoader的主要任务是将类的二进制数据转换为可执行的Java对象。它使得Java具备了动态加载类的能力，这对于模块化、插件系统以及服务定位等高级功能至关重要。
ClassLoader的加载流程遵循“双亲委托模型”（Parent Delegation Model）。这意味着当一个ClassLoader尝试加载某个类时，它首先会把这个任务委托给它的父ClassLoader。如果父ClassLoader能成功加载，则直接使用加载的结果；如果父ClassLoader无法找到或加载该类，子ClassLoader才会尝试自己去加载。这种设计避免了类的重复加载，并且确保了Java核心库的稳定性和安全性，因为所有的核心类都由Bootstrap ClassLoader首先加载。
Bootstrap ClassLoader是JVM启动时的第一个ClassLoader，它负责加载JRE核心库，这些库位于jre/lib/rt.jar等文件中，包含了Java的基本类库如`java.lang.String`。Bootstrap ClassLoader是用非Java语言（通常是C++）实现的，它是JVM的一部分，不是标准的Java类。
ExtClassLoader是Bootstrap ClassLoader的子类，它加载扩展库，这些库位于jre/lib/ext目录下的.jar文件。AppClassLoader（也称为System ClassLoader）再进一步加载应用类路径（CLASSPATH）中指定的类。开发者自定义的ClassLoader通常继承自AppClassLoader，用于加载特定的应用或模块。
在ClassLoader的加载过程中，如果需要加载的类已经由父ClassLoader加载，那么就不会重复加载。例如，当我们尝试用自定义的ClassLoader加载`java.lang.String`时，由于String属于核心库，加载请求会被委托给Bootstrap ClassLoader处理，从而保证了核心类的唯一性。
以下是一段示例的ClassLoader源码片段，展示了双亲委托的实现：
```java
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Class wasn't found in parent, so now we'll look for it ourselves
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
```
这段代码显示了ClassLoader在尝试加载类时，首先检查是否已加载过，然后尝试委托给父ClassLoader，如果父ClassLoader无法加载，则自身尝试加载。这就是双亲委托模型的实现逻辑。
深入理解Java的ClassLoader机制对于优化应用程序性能、实现动态加载、理解和解决类加载问题都至关重要。它为Java提供了灵活性和可扩展性，是Java平台的一个强大特性。通过掌握ClassLoader的工作原理，开发者可以更好地控制类的加载过程，创建更加复杂和高效的应用系统。
