Расскажите о классах-загрузчиках и о динамической загрузке классов в Java.

Класс-загрузчик (ClassLoader) — это объект, ответственный за загрузку классов Java во время выполнения. JVM не знает о файлах классов до тех пор, пока они не будут явно или неявно запрошены. ClassLoader отвечает за поиск, чтение и определение байт-кода класса, превращая его в объект Class.

Основные типы встроенных ClassLoader'ов:

1. Bootstrap ClassLoader: Загружает основные классы Java из rt.jar (runtime library) и других core-библиотек. Является прародителем всех остальных загрузчиков. Написан на C/C++.
2. Extension ClassLoader: Загружает классы из директории jre/lib/ext. Служит для расширения платформы. Является дочерним для Bootstrap ClassLoader.
3. System (Application) ClassLoader: Загружает классы из classpath приложения. Это загрузчик по умолчанию для пользовательских классов. Является дочерним для Extension ClassLoader.

ClassLoader'ы работают по принципу делегирования: когда ClassLoader получает запрос на загрузку класса, он сначала делегирует этот запрос своему родителю. Если родитель не может загрузить класс, тогда текущий ClassLoader пытается загрузить его сам.

Динамическая загрузка классов в Java позволяет загружать классы во время выполнения программы, а не при запуске. Это достигается с помощью Class.forName() или путем создания пользовательского ClassLoader'а.

Применение динамической загрузки:

• Плагиновая архитектура: Приложения могут загружать и выполнять код "плагинов" неизвестных заранее.
• Отложенная загрузка: Загрузка классов происходит только тогда, когда они действительно нужны, экономя ресурсы.
• Модификация поведения во время выполнения: Возможность загружать разные реализации интерфейсов или классов в зависимости от условий.

Пример динамической загрузки с использованием Class.forName():

// Динамическая загрузка и создание экземпляра класса
try {
    // Имя класса для динамической загрузки
    String className = "com.example.MyDynamicClass";

    // Получение объекта Class по имени
    Class<?> dynamicClass = Class.forName(className);

    // Создание экземпляра класса (требует конструктор без аргументов)
    Object instance = dynamicClass.getDeclaredConstructor().newInstance();

    // Если класс реализует какой-то известный интерфейс
    if (instance instanceof MyInterface) {
        MyInterface myObject = (MyInterface) instance;
        myObject.doSomething();
    }

} catch (ClassNotFoundException e) {
    System.err.println("Class not found: " + e.getMessage());
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | java.lang.reflect.InvocationTargetException e) {
    e.printStackTrace();
}

// Предполагаемый класс, который может быть загружен динамически
// package com.example;
// public class MyDynamicClass implements MyInterface {
//     public MyDynamicClass() { ... }
//     @Override
//     public void doSomething() {
//         System.out.println("Doing something dynamically!");
//     }
// }

// Предполагаемый интерфейс
// public interface MyInterface {
//     void doSomething();
// }

Создание пользовательского ClassLoader'а для более гибкой загрузки:

// Пример простого пользовательского загрузчика классов
import java.io.*;

class CustomClassLoader extends ClassLoader {

    private String classDir;

    public CustomClassLoader(String classDir) {
        this.classDir = classDir;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] classData = loadClassFromFile(name); // Загрузка байт-кода из файла

        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException("Class not found in directory: " + name);
        }

        // Определение класса из байт-кода
        return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    }

    private byte[] loadClassFromFile(String name) {
        String fileName = classDir + File.separator + name.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
        File file = new File(fileName);

        try (InputStream is = new FileInputStream(file);
             ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream()) {

            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = is.read(buffer)) != -1) {
                os.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            return os.toByteArray();

        } catch (IOException e) {
            return null; // Файл не найден или ошибка чтения
        }
    }
}

// Как использовать пользовательский ClassLoader
// public static void main(String[] args) {
//    String classesPath = "/path/to/your/custom/classes"; // Путь к директории с .class файлами
//    CustomClassLoader customLoader = new CustomClassLoader(classesPath);
//
//    try {
//        String classNameToLoad = "com.yourcompany.YourCustomClass";
//        Class<?> customClass = customLoader.loadClass(classNameToLoad);
//        Object instance = customClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
//        // Дальнейшая работа с экземпляром customClass
//
//    } catch (ClassNotFoundException e) {
//        System.err.println("Custom class not found: " + e.getMessage());
//    } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | java.lang.reflect.InvocationTargetException e) {
//        e.printStackTrace();
//    }
// }

Важно понимать, что каждый ClassLoader определяет собственное пространство имен для классов. Класс с одним и тем же полным именем, загруженный разными ClassLoader'ами, считается разными классами. Это свойство используется для изоляции приложений или их компонентов.