java

关注公众号 jb51net

关闭
首页 > 软件编程 > java > JAVA类加载器解析

JAVA提高第七篇 类加载器解析

作者:pony1223

这篇文章主要为大家详细介绍了JAVA提高第七篇类加载器的相关资料,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下

今天我们学习类加载器,关于类加载器其实和JVM有很大关系,在这里这篇文章只是简单的介绍下类加载器,后面学习到JVM的时候还会详细讲到类加载器,本文分为下面几个小节讲解:

一、认识类加载器

1.什么是类加载器?

所谓的类加载器可以从其作用来理解,其功能就是将classpath目录下.class文件,加载到内存中来进行一些处理,处理完的结果就是一些字节码.那是谁把这些class类加载到内存中来的呢?就是类加载器。

2.JVM中默认的类加载器有哪些?

java虚拟机中可以安装多个类加载器,系统默认三个主要的类加载器,每个类加载器负责加载不同位置的类:BootStrap,ExtClassLoader,AppClassLoader

注意的是:

1.类加载器本身也是一个java类,因为类加载器本身也是一个java类,那么这个特殊的java类【类加载器】是有谁加载进来的呢?这显然要有第一个类加载器,这第一个类加载器不是一个java类,它是BootStrap。

2.BootStrap不是一个java类,不需要类加载器java加载,他是嵌套在java虚拟机内核里面的。java 虚拟机内核已启动的时候,他就已经在那里面了,他是用c++语言写的一段二进制代码。他可以去加载别的类,其中别的类就包含了类加载器【如上面提到的Ext  和 app】。

案例:

下面我们写个例子来获取ClassLoaderTest这个类的类加载器的名字,代码如下:

package study.javaenhance;

import java.util.ArrayList;

public class ClassLoaderTest
{
  public static void main(String[] args) throws Exception 
  {
    //获取类加载器,那么这个获取的是一个实例对象,我们知道类加载器也有很多种,那么因此也有其对应的类存在,因此可以获取到对应的字节码
    System.out.println(ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
    //获取类加载的字节码,然后获取到类加载字节码的名字
    System.out.println(ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getClass().getName());
    //下面我们看下获取非我们定义的类,比如System ArrayList 等常用类
    System.out.println(System.class.getClassLoader()); 
    System.out.println(ArrayList.class.getClassLoader()); 
    
    
  }

}

结果如下:

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@1c78e57
sun.misc.Launcher$AppClassLoader
null
null

结果分析:

ClassLoaderTest的类加载器的名称是AppClassLoader。也就是这个类是由AppClassLoader这个类加载器加载的。
System/ArrayList的类加载器是null。这说明这个类加载器是由BootStrap加载的。因为我们上面说了BootStrap不是java类,不需要类加载器加载。所以他的类加载器是null。
==================================
我们说了java给我们提供了三种类加载器:BootStrap,ExtClassLoader,AppClassLoader。这三种类加载器是有父子关系组成了一个树形结构。BootStrap是根节点,BootStrap下面挂着ExtClassLoader,ExtClassLoader下面挂着AppClassLoader.

代码演示如下:

package study.javaenhance;

import java.util.ArrayList;

public class ClassLoaderTest
{
  public static void main(String[] args) throws Exception 
  {
    //获取类加载器,那么这个获取的是一个实例对象,我们知道类加载器也有很多种,那么因此也有其对应的类存在,因此可以获取到对应的字节码
    System.out.println(ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
    //获取类加载的字节码,然后获取到类加载字节码的名字
    System.out.println(ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getClass().getName());
    //下面我们看下获取非我们定义的类,比如System ArrayList 等常用类
    System.out.println(System.class.getClassLoader()); 
    System.out.println(ArrayList.class.getClassLoader()); 
    
    
    //演示java 提供的类加载器关系
    ClassLoader classloader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
    while(classloader != null)
    {
      System.out.print(classloader.getClass().getName()+"-->");
      classloader = classloader.getParent();
    }
    System.out.println(classloader); 
    
  }

}

输出结果为:

sun.misc.Launcher$AppClassLoader-->sun.misc.Launcher$ExtClassLoader-->null

通过这段程序可以看出来,ClassLoaderTest由AppClassLoader加载,AppClassLoader的父类节点是ExtClassLoader,ExtClassLoader的父节点是BootStrap。

每一个类加载器都有自己的管辖范围。 BootStrap根节点,只负责加载rt.jar里的类,刚刚那个System就是属于rt.jar包里面的,ExtClassLoader负责加载JRE/lib/ext/*.jar这个目录文件夹下的文件。而AppClassLoader负责加载ClassPath目录下的所有jar文件及目录。
最后一级是我们自定义的加载器,他们的父类都是AppClassLoader。

二、类加载器的双亲委派机制

除了系统自带了类加载器,我们还可以自定义类加载器。然后把自己的类加载器挂在树上。作为某个类加载器的孩子。所有自定义类加载器都要继承ClassLoader。实现里面的一个方法ClassLoader()如下:

通过上面的知识,我们知道java提供了三个类加载器,而且我们也可以自定义类加载器,并且通过上面的类加载图也看到了之前的关系,那么对于一个类的.class 到底是谁去加载呢?

当Java虚拟机要加载第一个类的时候,到底派出哪个类加载器去加载呢?

(1). 首先当前线程的类加载器去加载线程中的第一个类(当前线程的类加载器:Thread类中有一个get/setContextClassLoader(ClassLoader cl);方法,可以获取/指定本线程中的类加载器)

(2). 如果类A中引用了类B,Java虚拟机将使用加载类A的类加载器来加载类B

(3). 还可以直接调用ClassLoader.loadClass(String className)方法来指定某个类加载器去加载某个类

每个类加载器加载类时,又先委托给其上级类加载器当所有祖宗类加载器没有加载到类,回到发起者类加载器,还加载不了,则会抛出ClassNotFoundException,不是再去找发起者类加载器的儿子,因为没有getChild()方法。例如:如上图所示: MyClassLoader->AppClassLoader->Ext->ClassLoader->BootStrap.自定定义的MyClassLoader1首先会先委托给AppClassLoader,AppClassLoader会委托给ExtClassLoader,ExtClassLoader会委托给BootStrap,这时候BootStrap就去加载,如果加载成功,就结束了。如果加载失败,就交给ExtClassLoader去加载,如果ExtClassLoader加载成功了,就结束了,如果加载失败就交给AppClassLoader加载,如果加载成功,就结束了,如果加载失败,就交给自定义的MyClassLoader1类加载器加载,如果加载失败,就报ClassNotFoundException异常,结束。

这样的好处在哪里呢?可以集中管理,不会出现多份字节码重复的现象。有两个类要再在System,如果让底层的类加载器加载,可能会出现两份字节码。而都让爷爷加载,爷爷加载到已有,当再有请求过来的时候,爷爷说:哎,我加载过啊,直接把那份拿出来给你用啊。就不会出现多份字节码重复的现象。

现在有一道面试题:能不能自己写一套java.lang.System.?

分析:你写了也白写,因为类加载器加载,直接到爷爷那里去找,找成功了,分本就不回来理你的那个。
答案:通常不可以,因为委托机制委托给爷爷,爷爷在rt.jar包加载到这个类以后就不会加载你自己写了那个System类了。但是,我也有办法加载,我写一个自己的类加载器,不让他用委托机制,不委托给上级了,就可以了.

因为System类,List,Map等这样的系统提供jar类都在rt.jar中,所以由BootStrap类加载器加载,因为BootStrap是祖先类,不是Java编写的,所以打印出class为null

对于ClassLoaderTest类的加载过程,打印结果也是很清楚的。

三、自定义类加载器

下面来看一下怎么定义我们自己的一个类加载器MyClassLoader:

自定义的类加载器必须继承抽象类ClassLoader然后重写findClass方法,其实他内部还有一个loadClass方法和defineClass方法,这两个方法的作用是:

loadClass方法的源代码:

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

再来看一下loadClass(name,false)方法的源代码:

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException{ 
     //加上锁,同步处理,因为可能是多线程在加载类 
     synchronized (getClassLoadingLock(name)) { 
       //检查,是否该类已经加载过了,如果加载过了,就不加载了 
       Class c = findLoadedClass(name); 
       if (c == null) { 
         long t0 = System.nanoTime(); 
         try { 
           //如果自定义的类加载器的parent不为null,就调用parent的loadClass进行加载类 
           if (parent != null) { 
             c = parent.loadClass(name, false); 
           } else { 
             //如果自定义的类加载器的parent为null,就调用findBootstrapClass方法查找类,就是Bootstrap类加载器 
             c = findBootstrapClassOrNull(name); 
           } 
         } catch (ClassNotFoundException e) { 
           // ClassNotFoundException thrown if class not found 
           // from the non-null parent class loader 
         } 
 
         if (c == null) { 
           // If still not found, then invoke findClass in order 
           // to find the class. 
           long t1 = System.nanoTime(); 
           //如果parent加载类失败,就调用自己的findClass方法进行类加载 
           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; 
     } 
   } 

在loadClass代码中也可以看到类加载机制的原理,这里还有这个方法findBootstrapClassOrNull,看一下源代码:

private Class findBootstrapClassOrNull(String name) 
  { 
    if (!checkName(name)) return null; 
 
    return findBootstrapClass(name); 
  } 

就是检查一下name是否是否正确,然后调用findBootstrapClass方法,但是findBootstrapClass方法是个native本地方法,看不到源代码了,但是可以猜测是用Bootstrap类加载器进行加载类的,这个方法我们也不能重写,因为如果重写了这个方法的话,就会破坏这种委托机制,我们还要自己写一个委托机制。

defineClass这个方法很简单就是将class文件的字节数组编程一个class对象,这个方法肯定不能重写,内部实现是在C/C++代码中实现的findClass这个方法就是根据name来查找到class文件,在loadClass方法中用到,所以我们只能重写这个方法了,只要在这个方法中找到class文件,再将它用defineClass方法返回一个Class对象即可。

这三个方法的执行流程是:每个类加载器:loadClass->findClass->defineClass

前期的知识了解后现在就来实现了

首先来看一下需要加载的一个类:ClassLoaderAttachment.java:

package study.javaenhance;

public class ClassLoaderAttachment {
  @Override
  public String toString() {
    return "Hello ClassLoader!";
    
  }

}

这个类中输出一段话即可:编译成ClassLoaderAttachment.class

再来看一下自定义的MyClassLoader.java:

package study.javaenhance;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

public class MyClassLoader extends ClassLoader
{
  //需要加载类.class文件的目录 
  private String classDir; 
   
  //无参的构造方法,用于class.newInstance()构造对象使用 
  public MyClassLoader(){ 
  } 
   
  public MyClassLoader(String classDir){ 
    this.classDir = classDir; 
  }

  @Override
  protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    System.out.println(name);
    String classPathFile = classDir + "\\" + name.substring(name.lastIndexOf(".")+1) + ".class";
    System.out.println(classPathFile);
    try 
    {
      System.out.println("my");
       //将class文件进行解密 
      FileInputStream fis = new FileInputStream(classPathFile); 
      ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream(); 
      encodeAndDecode(fis,bos); 
      byte[] classByte = bos.toByteArray(); 
      //将字节流变成一个class 
      return defineClass(classByte,0,classByte.length); 
    } catch (Exception e) 
    {
      e.printStackTrace();
    }
    
    return super.findClass(name);
  } 
  
   //测试,先将ClassLoaderAttachment.class文件加密写到工程的class_temp目录下 
  public static void main(String[] args) throws Exception{ 
    //配置运行参数 
    
    String srcPath = args[0];//ClassLoaderAttachment.class原路径 
    String desPath = args[1];//ClassLoaderAttachment.class输出的路径 
    String desFileName = srcPath.substring(srcPath.lastIndexOf("\\")+1); 
    String desPathFile = desPath + "/" + desFileName; 
    FileInputStream fis = new FileInputStream(srcPath); 
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(desPathFile); 
    //将class进行加密 
    encodeAndDecode(fis,fos); 
    fis.close(); 
    fos.close(); 
  } 
  
  

   /** 
   * 加密和解密算法 
   * @param is 
   * @param os 
   * @throws Exception 
   */ 
  private static void encodeAndDecode(InputStream is,OutputStream os) throws Exception{ 
    int bytes = -1; 
    while((bytes = is.read())!= -1){ 
      bytes = bytes ^ 0xff;//和0xff进行异或处理 
      os.write(bytes); 
    } 
  } 
}

这个类中定义了一个加密和解密的算法,很简单的,就是将字节和oxff异或一下即可,而且这个算法是加密和解密的都可以用!

当然我们还要先做一个操作就是,将ClassLoaderAttachment.class加密后的文件存起来,也就是在main方法中执行的,这里我是在项目中新建一个

同时采用的是参数的形式来进行赋值的,所以在运行的MyClassLoader的时候要进行输入参数的配置:右击MyClassLoader->run as -> run configurations

 

第一个参数是ClassLoaderAttachment.class文件的源路径,第二个参数是加密后存放的目录,运行MyClassLoader之后,刷新class_temp文件夹,出现了ClassLoaderAttachment.class,这个是加密后的class文件。

下面来看一下测试类: 

package study.javaenhance;

import java.util.ArrayList;

public class ClassLoaderTest
{
  public static void main(String[] args) throws Exception 
  {
    //获取类加载器,那么这个获取的是一个实例对象,我们知道类加载器也有很多种,那么因此也有其对应的类存在,因此可以获取到对应的字节码
    System.out.println(ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
    //获取类加载的字节码,然后获取到类加载字节码的名字
    System.out.println(ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getClass().getName());
    //下面我们看下获取非我们定义的类,比如System ArrayList 等常用类
    System.out.println(System.class.getClassLoader()); 
    System.out.println(ArrayList.class.getClassLoader()); 
    
    
    //演示java 提供的类加载器关系
    ClassLoader classloader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
    while(classloader != null)
    {
      System.out.print(classloader.getClass().getName()+"-->");
      classloader = classloader.getParent();
    }
    System.out.println(classloader); 
    
    
    
    try { 
      //Class classDate = new MyClassLoader("class_temp").loadClass("ClassLoaderAttachment"); 
      Class classDate = new MyClassLoader("class_temp").loadClass("study.javaenhance.ClassLoaderAttachment"); 
      Object object = classDate.newInstance(); 
      //输出ClassLoaderAttachment类的加载器名称 
      System.out.println("ClassLoader:"+object.getClass().getClassLoader().getClass().getName()); 
      System.out.println(object); 
    } catch (Exception e1) { 
      e1.printStackTrace(); 
    }
  }

}

结果如下:

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@6b97fd
sun.misc.Launcher$AppClassLoader
null
null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader-->sun.misc.Launcher$ExtClassLoader-->null
ClassLoader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader
Hello ClassLoader!

这个时候我们会发现调用的APP 的类加载器然后输出了结果,这个是正常的,因为这个时候会采用双亲委派机制。

那么这个时候,我们将自己生成的ClassLoaderAttachemet class文件,覆盖掉编译的时候生成的class 文件看下结果如何,如果正常应该会报错,因为这个时候走双亲委派机制在对应的classpath 是可以找到这个class 文件,因此APP类加载器会处理,但是因为我们的class 是加密的因此会报错,运行结果如:

那么如何让其走到我们自定义的类加载器呢,只需要将编译时候生成的目录下的.class 文件删掉即可,那么这个是APP加载不到,则会去调用findclass ,然后就会走到我们定义的类加载器中,运行结果如下:

参考资料:

张孝祥老师java增强视频

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。

您可能感兴趣的文章:
阅读全文