JVM -- 04 -- JVM类加载机制（三、类加载器）

接着我们再来详细地了解下虚拟机中的类加载器

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一、类与类加载器

• 对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身以通确立其在 Java 虚拟机中的唯一性

• 每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间，通俗地讲：即比较两个类是否 “相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，不然即使这两个类来源于同一个 Class 文件，被同一个虚拟机加载，但只要加载它们的类加载器不同，那么这两个类就必定不相等

  public class ClassLoaderTest {
  
      public static void main(String[] args) throws Exception {
          ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
              @Override
              public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                  try {
                      String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
                      InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
                      if (null == is) {
                          return super.loadClass(name);
                      }
                      byte[] data = new byte[is.available()];
                      is.read(data);
                      return defineClass(name, data, 0, data.length);
                  } catch (IOException e) {
                      throw new ClassNotFoundException(name);
                  }
              }
          };
  
          Object obj = myLoader.loadClass("classloader.Test").newInstance();
          System.out.println(obj.getClass()); // class classloader.Test
          System.out.println(obj instanceof Test); // false
      }
  }
  

  • 如上所示，我们自定义了一个简单的类加载器，通过它来加载同一路径下的 Test.class 文件

  • 根据自定义加载器得到的对象，在与 Test 类做所属类型检查时返回了 false，这是因为虚拟机中存在了两个 Test 类，一个是由系统应用程序类加载器加载的，另一个是由我们自定义的类加载器加载的，因此虽然都来自同一个 Class 文件，但依然是两个不同的类，做对象所属类型检查时结果自然为 false

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二、类加载器的种类

• 启动类加载器 (Bootstrap ClassLoader)

  • 用于加载在 \lib 目录下的；或者由 -Xbootclasspath 参数指定路径中的，并由虚拟机识别的 (仅按照文件名识别，如 rt.jar，名字不符合的类库即使放在 lib 目录中也不会被加载) 的类库

• 扩展类加载器 (Extension ClassLoader)

  • 用于加载 \lib\ext 目录中的；或者由 java.ext.dirs 系统变量指定路径中的类库
    

• 应用程序类加载器 (Application ClassLoader)

  • 用于加载用户路径 (ClassPath) 上所指定的类库
    

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三、自定义类加载器

• 在实现自定义类加载器的过程中，我们需要了解两个关键的函数，通过覆盖这两个函数，就可以自定义类加载的行为

  • findClass(String name)

    • 加载指定名称的 Class 文件
      

  • defineClass(byte[] b, int off, int len)

    • 将字节数组转换为 Class 对象实例
      

  • 总的来说就是：findClass 方法按照指定的名称去加载 Class 文件，然后再调用 defineClass 方法去解析定义字节流，进而返回一个 Class 对象

• 示例如下

  • Wali.java

    public class Wali {
    
    	static {
    		System.out.println("Hello Wail");
    	}
    }
    

  • MyClassLoader.java

    public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    
        private String path;
        private String classLoaderName;
    
        public MyClassLoader(String path, String classLoaderName) {
            this.path = path;
            this.classLoaderName = classLoaderName;
        }
    
        // 用于寻找类文件
        @Override
        protected Class<?> findClass(String name) {
            byte[] data = loadClassData(name);
            if (data != null) {
                return defineClass(name, data, 0, data.length);
            }
            return null;
        }
    
        // 用于加载类文件
        private byte[] loadClassData(String name) {
            name = path + name + ".class";
            InputStream is = null;
            ByteArrayOutputStream bos = null;
            try {
                is = new FileInputStream(new File(name));
                bos = new ByteArrayOutputStream();
                int length;
                byte[] data = new byte[1024];
                while ((length = is.read(data)) != -1) {
                    bos.write(data, 0, length);
                }
                return bos.toByteArray();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                return null;
            } finally {
                try {
                    if (is != null) {
                        is.close();
                    }
                    if (bos != null) {
                        bos.close();
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    

  • ClassLoaderChecker.java

    public class ClassLoaderChecker {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            MyClassLoader m = new MyClassLoader("C:\\Users\\XJ\\Desktop\\", "MyClassLoader");
            Class clazz = m.loadClass("Wali");
            System.out.println(clazz.getClassLoader()); // com.xj.classloader.MyClassLoader@3a71f4dd
            clazz.newInstance(); // Hello Wali
        }
    }
    

    • 如上所示，编写了一个名为 Wali 的类，使用 javac 进行编译，生成 Wali.class 文件，然后再自定义一个名为 MyClassLoader 的类加载器，通过覆盖 findClass() 方法来加载指定目录下的 Class 文件，返回一个二进制数据字节流 (即一个 byte 数组)，最后将其传递给 defineClass() 方法去解析定义，最后返回一个 Class 对象

    • 在实现 findClass() 方法的时候，我们可以在自定义的目录下去加载 Class 文件，而且通过 defineClass() 方法我们还可以知道，只要传入的是二进制的数据流，并且是合法的，我们便能通过不同的形式去加载，例如：

      • 使用 findClass() 方法去访问某个远程网络，进而获取二进制数据流，生成我们需要的类

      • 可以对某些敏感的 Class 文件进行加密，在 findClass() 方法里面对其进行解密

      • 可以对生成的二进制数据流进行处理，给类添加信息 (ASM：JAVA字节码分析、创建和修改的开源应用框，主要用于改造二进制数据流的行为)

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四、归纳总结

• 类加载器

  • 对于任意一个类，通过加载它的类加载器和这个类本身，可以确立其在 Java 虚拟机中的唯一性

  • 每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间

• 类加载器种类

  • 启动类加载器 (Bootstrap ClassLoader)

  • 扩展类加载器 (Extension ClassLoader)

  • 应用程序类加载器 (Application ClassLoader)