Java語言十五講（第二講 ClassLoader 2.2）

 

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首先要明白一個問題：爲何要寫本身的Class Loader?無論那麼多不是同樣好好在用嗎？通常狀況確實是這樣，不過有些時候爲了一些特殊需求，咱們會用到本身定製的Class Loader。好比1998年，Sun內部爲完成JDK1.2忙得熱火朝天，我也在裏面打醬油，咱們有一個小組提供一個工具，給Java生成的字節碼加密，緣由是字節碼太規整，用一些工具很容易反編譯，反編譯以後的結果很容易供人看懂（比許多程序員手工編的程序還容易懂），致使知識產權保護不力。因而就想着把.class文件加密，可是一個加密以後的.class文件確定又不能被正確加載。怎麼辦呢？就要本身作一個Class Loader，拿到.class文件，先進行一步解密，解密以後就成了正常的字節碼，就能夠用普通的application class loader的方式去繼續加載了。

還有一些別的場景，也須要咱們自定義Class Loader，如動態生成的class文件，如多版本class運行。

咱們先來看，從哪裏下手作這個工做。

從大的過程，對象的建立分紅兩大步驟，一個是類級別的工做，一個是對象的實例化。顯然，咱們要在類級別工做着一個步驟動腦筋。而在類級別的工做中，分紅加載Loading，連接Linking，初始化Initialization三步。根據上面講解的一些知識，咱們應該在Loading過程當中搞一點名堂。

回到ClassLoader的定義，咱們來看提供了哪些方法。

public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throwsClassNotFoundException

這個loadClass()方法根據類的全名加載類。既然是這樣，那就應該從這裏下手了。咱們看看源碼：

protectedClass<?> 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 ifclass not found

            // from the non-null parent classloader

        }

        if (c == null) {

            // If still not found, then invokefindClass in order

            // to find the class.

            c = findClass(name);

        }

   }

   if (resolve) {

        resolveClass(c);

   }

   return c;

}

}

咱們能夠看到這個過程，先看這個類是否是已經加載了，若是沒有就讓上層的class loader去加載，最後由本身加載findClass(name)。

事情就追到findClass(name)方法了。看它的定義：

protected Class<?> findClass(String name) throwsClassNotFoundException

在ClassLoader裏面，它只是一個空的方法，沒有作實現。那麼咱們就能夠實現它來進行咱們本身的工做了。

好，咱們在findClass()裏面作什麼呢？天然先要從外部如文件系統或者網絡獲取.class字節流，而後呢？咱們本身把它弄成類模型嗎？理論上是，可是實際上咱們不須要。接着找ClassLoader爲咱們提供了什麼，咱們能夠看到有一個defineClass()方法，定義以下：

protected final Class<?>defineClass(  String name, byte[] b, intoff, int len) throws ClassFormatError

這個方法就是用於將字節流轉成類的。

而且這個方法是final的，咱們用它而且只能用它。

有了這個方法，咱們本身的工做就簡單了，只須要對字節流進行處理後交給defineClass()就行了。

咱們能夠動手編程序了。

先作一個類，MyClass.java,代碼以下:

package com.demo;

public class MyClass {

         public MyClass() {

         }

         public void show() {

       System.out.println("show test!");

    }

}

很簡單，不解釋了。

 

接着咱們寫本身的classloader，爲了簡單起見，咱們的這個class loader不進行任何加密處理，只是簡單地讀取.class文件，生成類，模仿標準的AppClassLoader的行爲。MyClassLoader.java代碼以下：

package com.demo;

import java.io.IOException;
import java.net.URISyntaxException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

public class MyClassloader extends ClassLoader {

         @Override

         protectedClass<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

                   StringclassFileName = name.replace(".","/") + ".class";

                    byte[] cLassBytes =null;

                    Path path = null;

        try {

                path =Paths.get(getResource(classFileName).toURI());

                cLassBytes =Files.readAllBytes(path);

        } catch (IOException |URISyntaxException e) {

               e.printStackTrace();

        }

        Class<?> clazz = defineClass(name,cLassBytes, 0, cLassBytes.length);

                return clazz;

         }

}

正如上面根據原理分析的，咱們本身寫的class loader override了findClass()，這裏面咱們作了幾步：

一是根據class名字拼出文件名，StringclassFileName = name.replace(".","/") + ".class";；

二是根據名字定位到文件路徑，path = Paths.get(getResource(classFileName).toURI());；

三是把文件讀到字節數組中，cLassBytes= Files.readAllBytes(path);；

四是調用defineClass()生成類，Class<?>clazz = defineClass(name, cLassBytes, 0, cLassBytes.length);。

 

有了這個自定義的classloader以後，咱們寫一個測試類，MyClassTest.java，代碼以下：

package com.demo;

import java.lang.reflect.Method;

public class MyClassTest {

    public static voidmain(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        MyClassloader loader =new MyClassloader();

        Class<?> aClass= loader.findClass("com.demo.MyClass");

        try {

            Object obj =aClass.newInstance();

            Method method =aClass.getMethod("show");

           method.invoke(obj);

        } catch (Exception e){

           e.printStackTrace();

        }

    }

}

在程序中，咱們新建一個自定義的類加載器MyClassloader loader = new MyClassloader();

而後調用findClass()去加載類Class<?>aClass = loader.findClass("com.demo.MyClass");

以後根據類定義建立新的對象實例並調用方法：

        Object obj =aClass.newInstance();

        Method method =aClass.getMethod("show");

        method.invoke(obj);

試着運行一下，程序正確出告終果。

到了這一步，恭喜你！你已經知道如何作Class Loader了，We Made It！

 

再回到加密的問題，這一講不講加密自己，可是咱們要根據上面的代碼知道如何處理加密。看咱們本身的findClass()的實現，裏面有兩句話：

cLassBytes = Files.readAllBytes(path);

Class<?> clazz = defineClass(name, cLassBytes, 0, cLassBytes.length);

在defineClass以前，咱們要準備出一個正常的字節數組，所以對於一個加密的.class文件，咱們只須要在以前處理進行解密便可：

cLassBytes = decrypt(Files.readAllBytes(path));

Class<?> clazz = defineClass(name, cLassBytes, 0,cLassBytes.length);

假定有一個decrypt()方法，咱們就能夠了作到了。

 

之前在Sun公司的時候，一個同事曾經說過class loader就像是一個湯匙，用它來抓湯圓吃。這個比喻真有點像。不過這個比喻不夠，由於class loader不光是加載類，還規定了命名空間，不一樣的class loader加載的類是不能互相訪問的（正由於這樣纔會有同一個類的多版本支持的技術）。咱們能夠把class loader圈起來的這片空間理解爲class園地。所以，class loader更加像是一個碗，把湯圓盛到裏頭了。

這個話題超越了進階階段，先按下不表。不過到了這裏，咱們應該能感覺到Class Loader的強大了，從心底裏對Java的發明人一次次投以敬佩的目光，他們二十幾年前居然有如此深入的洞察。對咱們Java程序員來說，James Gosling就是咱們的上帝。在將來的講座裏，我還會跟你們一次次展現出造物者的匠心獨運。

 

學習的過程，是一步步深刻的。不少人工做多年，並無深刻，有些時候也不是由於不努力，而是由於他們在的編程任務老是在無休止地對付客戶需求的變動，沒有坐下來好好整理。而從應用的層面，學習技術就成了追逐新的熱點，不斷地換最新推出的環境框架工具。而寫應用程序，大致上用不到深刻的內容，非專業的人突擊學幾個月以後也能一塊兒作編程了，有的時候比本專業的人作得還要好。那麼學習本專業的價值在哪裏？這是許多年輕人曾經的疑惑。或許與國家的發展階段有關，前些年都是拿別人現成的平臺框架工具，或開源或盜版，本身針對客戶須要快速搭建應用系統，賺快錢，如今慢慢認識到基礎的重要性了，真正願意深刻理解技術的人和公司也多起來了。這對於但願掌握和使用更深技術的程序員是一件好事情。

從事技術工做是一個良心活兒，學習技術則是一個慢工夫，急不來，就得要老老實實一個課題一個課題解決掉。只要方向對，紮紮實實，總能有成。

先賢語錄：不積跬步，無以致千里。