Java 自定义类加载器教程

JAVA herman 345浏览 0评论

除了在面试中遇到类的加载器的概率会高外,在实际的工作中很少接触。但是一个程序员想要成长为大牛就必须对一些 JVM 的底层设计有些了解。在此基础上我们阅读一些源码和框架会显得更轻松。

好了废话不多说,我们接着前面的文章,乘热打铁。来实现一个 Java 自定义类加载器吧。

要实现 Java 自定义的类加载器,我们需要继承 ClassLoader 。并且需要了解Java的双亲委派模型

loadClass

loadClass默认实现如下:

public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    return loadClass(name, false);
}

再看看loadClass(String name, boolean resolve)函数:

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) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }
			// 业余草:www.xttblog.com
            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);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

从上面代码可以明显看出,loadClass(String, boolean)函数即实现了双亲委派模型!整个大致过程如下:

  1. 首先,检查一下指定名称的类是否已经加载过,如果加载过了,就不需要再加载,直接返回。
  2. 如果此类没有加载过,那么,再判断一下是否有父加载器;如果有父加载器,则由父加载器加载(即调用parent.loadClass(name, false);).或者是调用bootstrap类加载器来加载。
  3. 如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类,那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载。

话句话说,如果自定义类加载器,就必须重写findClass方法!

findClass

findClass的默认实现如下:

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

可以看出,抽象类ClassLoader的findClass函数默认是抛出异常的。而前面我们知道,loadClass在父加载器无法加载类的时候,就会调用我们自定义的类加载器中的findeClass函数,因此我们必须要在loadClass这个函数里面实现将一个指定类名称转换为Class对象.

如果是是读取一个指定的名称的类为字节数组的话,这很好办。但是如何将字节数组转为Class对象呢?很简单,Java提供了defineClass方法,通过这个方法,就可以把一个字节数组转为Class对象。

defineClass

defineClass主要的功能是:将一个字节数组转为Class对象,这个字节数组是class文件读取后最终的字节数组。如,假设class文件是加密过的,则需要解密后作为形参传入defineClass函数。

defineClass默认实现如下:

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)
	throws ClassFormatError  {
	return defineClass(name, b, off, len, null);
}

函数调用过程

函数调用过程,如下图所示:

Java 类加载器调用过程

通常情况下,我们都是直接使用系统类加载器。但是,有的时候,我们也需要自定义类加载器。比如应用是通过网络来传输 Java类的字节码,为保证安全性,这些字节码经过了加密处理,这时系统类加载器就无法对其进行加载,这样则需要自定义类加载器来实现。自定义类加载器一般都是继承自ClassLoader类,从上面对loadClass方法来分析来看,我们只需要重写 findClass 方法即可。下面我们通过一个示例来演示自定义类加载器的流程:

package com.xttblog.classloader;
import java.io.*;
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    private String root;
	// 业余草:www.xttblog.com
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] classData = loadClassData(name);
        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException();
        } else {
            return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
        }
    }
    private byte[] loadClassData(String className) {
        String fileName = root + File.separatorChar
                + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
        try {
            InputStream ins = new FileInputStream(fileName);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            int bufferSize = 1024;
            byte[] buffer = new byte[bufferSize];
            int length = 0;
            while ((length = ins.read(buffer)) != -1) {
                baos.write(buffer, 0, length);
            }
            return baos.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
    public String getRoot() {
        return root;
    }
    public void setRoot(String root) {
        this.root = root;
    }
    public static void main(String[] args)  {
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
        classLoader.setRoot("E:\\temp");
        Class<?> testClass = null;
        try {
            testClass = classLoader.loadClass("com.xttblog.classloader.Test2");
            Object object = testClass.newInstance();
            System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

自定义类加载器的核心在于对字节码文件的获取,如果是加密的字节码则需要在该类中对文件进行解密。由于这里只是演示,我并未对class文件进行加密,因此没有解密的过程。这里有几点需要注意:

  • 1、这里传递的文件名需要是类的全限定性名称,即com.paddx.test.classloading.Test格式的,因为 defineClass 方法是按这种格式进行处理的。
  • 2、最好不要重写loadClass方法,因为这样容易破坏双亲委托模式。
  • 3、这类Test 类本身可以被 AppClassLoader类加载,因此我们不能把com/paddx/test/classloading/Test.class放在类路径下。否则,由于双亲委托机制的存在,会直接导致该类由AppClassLoader加载,而不会通过我们自定义类加载器来加载。

参考资料

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