Java 类加载器

# 1. 类加载机制

# 类加载器 ClassLoader

• 负责查找、加载、校验字节码的应用程序
• java.lang.ClassLoader
  • load (String className) 根据名字加载一个类，返回类的实例
  • defineClass (String name, byte [] b, int off, int len) 将一个字节流定义一个类
  • findClass (String name) 查找一个类
  • findLoadedClass (String name) 在已加载的类中，查找一个类
  • 成员变量 ClassLoader parent

# JVM 四级类加载器

• 启动类加载器 (Bootstrap)，系统类 rt.jar
• 扩展类加载器 (Extension)，jre/lib/ext
• 应用类加载器 (App)，classpath
• 用户自定义加载器 (Plugin)，程序自定义

# 类加载器双亲委托

• 首先判断是否已经加载
• 若无，找父加载器加载
• 若再无，由当前加载器加载

# 2. 双亲委托加载扩展

• Java 严格执行双亲委托机制
  • 类会由最顶层的加载器来加载，如没有，才由下级加载器加载
  • 委托是单向的，确保上层核心的类的正确性
  • 但是上级类加载器所加载的类，无法访问下级类加载器所加载的类
    • 例如，java.lang.String 无法访问自定义的一个 Test 类
    • Java 是一个遵循契约设计的程序语言，核心类库提供接口，应用层提供实现
    • 核心类库是 BootstrapClassLoader 加载
    • 应用层是 AppClassLoader 加载
    • 典型例子是 JDBC 和 XML Parser 等

# 双亲委托的补充

• 执行 Java，添加虚拟机参数 - Xbootclasspath/a:path，将类路径配置为 Bootstrap 等级
• 使用 ServiceLoader.load 方法，来加载 (底层加载器所加载的类)

# ServiceLoader

• JDK 6 引入的一种新特性，是用于加载服务的一种工具
• 服务有接口定义和具体的实现类 (服务提供者)
• SPI 机制，Service Provider Interface
• 一个服务提供者会在 jar 包中有 META-INF/services 目录，里面放一个文件，名字同接口名字。内容的每一行都是接口的一个实现类
• load 方法，可以用当前线程的类加载器来获取某接口的所有实现，当然也都是转为接口类来使用
• 注意：此服务和 Java 9 模块系统的服务略有差别，但是都能通过 ServiceLoader 进行加载

# 3. 自定义类加载路径

# 自定义类加载器

• 自定义加载路径
  • 弥补类搜索路径静态的不足
  • URLClassLoader, 从多个 URL (jar 或者目录) 中加载类
• 自定义类加载器
  • 继承 ClassLoader 类
  • 重写 findClass (String className) 方法

# 自定义加载路径

• 弥补类搜索路径静态的不足
• 前 3 个加载的路径都是运行前确定的
• Java 提供 URLClassLoader
  • 程序运行时修改类的加载路径
  • 可从多个来源中加载类

# URLClassLoader

• 继承于 ClassLoader
• 程序运行时增加新的类加载路径
• 可从多个来源中加载类
  • 目录
  • jar 包
  • 网络
• addURL 添加路径
• close 方法关闭

//URL 支持 http, https, file, jar 四种协议

URL url = new URL("file:E:/java/source/PMOOC11-03-First/bin/");

//URL url = new URL("file:C:/Users/Tom/Desktop/PMOOC11-03-First.jar");

// 程序运行时，添加一个 classpath 路径

URLClassLoader loader = new URLClassLoader(new URL[]{url});

Class<?> c = loader.loadClass("edu.ecnu.Hello");

// 采用反射调用

Method m = c.getMethod("say");

m.invoke(c.newInstance());

# 4. 自定义类加载器

• 继承 ClassLoader 类
• 重写 findClass (String className) 方法
• 使用时，默认先调用 loadClass (className) 来查看是否已经加载过，然后委托双亲加载，如果都没有，再通过 findClass 加载返回
  • 在 findClass 中，首先读取字节码文件
  • 然后，调用 defineClass (className, bytes, off, len) 将类注册到虚拟机中
  • 可以重写 loadClass 方法来突破双亲加载
• 同一个类可以被不同层级的加载器加载，且作为 2 个类对待

class CryptoClassLoader extends ClassLoader 

{

   private int key = 3; 

   public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException

   {

      try

      {

         byte[] classBytes = null;

         // 读取 Hello.caesar 文件，得到所有字节流

         classBytes = loadClassBytes(name);

         // 调用 defineClass 方法产生一个类，并在 VM 中注册

         Class<?> cl = defineClass(name, classBytes, 0, classBytes.length);

         if (cl == null) throw new ClassNotFoundException(name);

         return cl;

      }

      catch (IOException e)

      {

         throw new ClassNotFoundException(name);

      }

   }

   /**

    * Loads and decrypt the class file bytes.

    * @param name the class name

    * @return an array with the class file bytes

    */

   private byte[] loadClassBytes(String name) throws IOException

   {

      String cname = "E:/java/source/PMOOC11-04/bin/edu/ecnu/Hello.caesar";

      byte[] bytes = Files.readAllBytes(Paths.get(cname));

      for (int i = 0; i < bytes.length; i++)

         bytes[i] = (byte) (bytes[i] - key);

      return bytes;

   }

}