Java基础- 自定义类加载器

自定义类加载器

在 Java 中实现自定义类加载器通常涉及继承 ClassLoader 类并重写其 findClass 方法。自定义类加载器允许我们从非标准来源（如网络、加密文件或其他媒体）加载类。下面是实现自定义类加载器的基本步骤：

1. 继承 ClassLoader 类

创建一个新的类并继承 ClassLoader 类。例如：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {// 类的实现
}

2. 重写 findClass 方法

在自定义类加载器中重写 findClass 方法。这是类加载的核心，我们需要在这里实现查找类字节码并定义类的逻辑。

@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {// 实现加载类的逻辑// 比如从文件系统、网络或其他源读取类的字节码
}

3. 读取类数据

在 findClass 方法中，需要实现读取类的字节码数据的逻辑。这可能涉及读取文件、网络资源等。

4. 调用 defineClass 方法

一旦获得了类的字节码，使用 defineClass 方法来将这些字节码转换为 Class 对象。defineClass 是 ClassLoader 类的一个受保护方法，可以将一个字节数组转换为 Class 类的实例。

byte[] bytes = ... // 从文件或其他地方获取的类字节码
Class<?> c = defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);

5. 返回类对象

在 findClass 方法的末尾，返回通过 defineClass 方法创建的类对象。

完整示例

以下是一个简单的自定义类加载器示例，它从文件系统加载类：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {private String classPath;public MyClassLoader(String classPath) {this.classPath = classPath;}@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {try {byte[] data = loadClassData(name);return defineClass(name, data, 0, data.length);} catch (IOException e) {throw new ClassNotFoundException("Could not load class " + name, e);}}private byte[] loadClassData(String name) throws IOException {String path = classPath + name.replace('.', '/') + ".class";InputStream is = new FileInputStream(path);ByteArrayOutputStream byteStream = new ByteArrayOutputStream();int nextValue = 0;while ((nextValue = is.read()) != -1) {byteStream.write(nextValue);}return byteStream.toByteArray();}
}

在这个示例中，MyClassLoader 从指定的文件路径读取类文件，将文件内容转换为字节数组，然后使用 defineClass 方法来创建 Class 对象。

注意事项

• 安全考虑：自定义类加载器在处理类字节码时应确保数据的来源是安全的。
• 性能考虑：合理管理资源，如关闭打开的文件流。
• 遵循双亲委派模型：默认情况下，类加载器会先尝试让其父类加载器加载类，以保证 Java 核心库的类不会被覆盖。如果需要打破这一模型，需谨慎操作并充分理解可能的后果。

自定义类加载器使得 Java 程序能够以灵活和动态的方式加载类，但同时需要确保代码的安全和有效性。

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findClass方法

在 Java 中，findClass 方法是 ClassLoader 类的一部分，用于加载类的具体实现。这个方法在自定义类加载器中尤其重要，因为它提供了一种机制来查找和加载类，特别是当类不在标准的类加载路径中时。

基本功能

findClass 方法被设计用来在类加载器的父级加载器都未能成功加载类时，查找并加载类。当一个类被加载时，ClassLoader 类的 loadClass 方法会首先调用父类加载器尝试加载该类。如果父类加载器无法加载该类（通常因为类不在它们的搜索路径中），loadClass 方法会调用 findClass 方法来尝试加载该类。

方法签名

findClass 方法通常如下定义：

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

参数说明：

• name：需要加载的类的完全限定名。

使用场景

• 自定义类加载器：在创建自定义类加载器时，通常需要重写 findClass 方法。这允许开发者定义自己的类查找逻辑，比如从特定的文件路径、数据库或其他来源加载类。
• 插件和模块化系统：在实现插件或模块化系统时，findClass 方法可以被用来从模块化的、分离的资源中加载类。

实现注意事项

• 重写 findClass：在自定义类加载器中，通常需要重写 findClass 方法以提供新的类查找和加载机制。
• 调用 defineClass：在 findClass 方法中，一旦类的字节码被找到和加载，通常会调用 ClassLoader 类的 defineClass 方法来将字节码转换成 Class 对象。
• 异常处理：如果 findClass 无法找到或加载类，它应该抛出 ClassNotFoundException。

示例

下面是一个简单的自定义类加载器示例，展示了如何重写 findClass 方法：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {byte[] b = loadClassData(name);return defineClass(name, b, 0, b.length);}private byte[] loadClassData(String name) {// 实现从文件系统、网络或其他来源加载类字节码的逻辑// ...}
}

在这个例子中，MyClassLoader 类重写了 findClass 方法，以提供从特定来源加载类的逻辑。一旦类的字节码被加载，它使用 defineClass 方法来创建 Class 对象。

结论

findClass 方法是自定义类加载器实现中的关键部分，它提供了一种灵活的方式来扩展 Java 的类加载机制。通过重写 findClass，开发者可以控制如何查找和加载类，这在实现插件系统、应用服务器或处理非标准类加载请求时尤其有用。

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defineClass方法

在 Java 中，defineClass 方法是 ClassLoader 类的一个关键方法，用于将字节数组转换成 Class 对象。这个方法在自定义类加载器中尤其重要，因为它允许开发者从非标准来源加载类，例如从网络、加密文件等。

基本功能

defineClass 方法的主要功能是将一个字节数组（包含类的字节码）转换成一个 Class 对象。这个方法通常在自定义的类加载器中被重写或调用，以实现特定的类加载机制。

方法签名

ClassLoader 类中的 defineClass 方法有几个重载版本。最常用的版本之一的签名如下：

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

参数说明：

• name：预期的类名，可以为 null。
• b：包含类定义信息的字节数组。
• off：类定义的起始偏移量（在字节数组中）。
• len：类定义的长度。

使用场景

• 自定义类加载器：当开发者需要从非标准源加载类（如网络资源、加密文件）时，会创建自定义类加载器，并在其中使用 defineClass 方法来实现类的加载。
• 动态类加载：在一些动态生成类的应用场景中（如某些框架或工具），defineClass 方法用于将运行时生成的字节码转换为 Class 对象。

安全和限制

• 安全检查：defineClass 方法在将字节数组转换为 Class 对象时，会执行安全检查，确保类的结构和行为符合 JVM 规范。
• 访问权限：由于这个方法被定义为 protected，因此只能在 ClassLoader 类或其子类中被调用。
• 类名限制：如果指定了类名（name 参数非 null），那么加载的类名必须与此名称匹配。
• 封装性限制：在 Java 9 及以后版本中，模块系统的引入对类加载器的行为做了进一步的限制，特别是在封装性方面。

示例

下面是一个简单的示例，展示如何在自定义类加载器中使用 defineClass：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {public Class<?> defineClass(String name, byte[] b) {return defineClass(name, b, 0, b.length);}
}

在这个示例中，MyClassLoader 类扩展了 ClassLoader，并提供了一个方法来定义类。这个方法接受一个类名和一个字节数组，然后调用 defineClass 来创建 Class 对象。

结论

defineClass 方法是 Java 类加载机制的一个重要组成部分，它使得开发者可以在运行时动态地加载和定义类。这个方法的正确使用对于实现灵活且安全的类加载策略至关重要。

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总结

在 Java 中，当使用 ClassLoader 类的 loadClass 方法加载一个类时，loadClass 方法内部会按照一定的逻辑来决定如何加载这个类。如果这个类之前没有被加载过，loadClass 方法会最终调用 findClass 方法来加载这个类。这是 ClassLoader 类的内部机制，因此在使用 loadClass 方法时，不需要直接调用 findClass 方法。下面是这个过程的简化描述：

1. 调用 loadClass 方法：当我们在 main 函数中调用 myClassLoader.loadClass("your_class_name") 时，实际上是调用了 ClassLoader 类的 loadClass 方法。

2. 检查类是否已加载：loadClass 方法首先检查这个类是否已经被加载过。如果已经加载，它会直接返回这个类的 Class 对象。

3. 委托给父类加载器：如果类还没有被加载，loadClass 方法会尝试让父类加载器去加载这个类。如果父类加载器不存在或无法加载该类，loadClass 方法会调用 findClass 方法。

4. 调用 findClass 方法：findClass 方法是一个 protected 方法，通常在自定义类加载器中被重写。它包含了从特定来源（如文件系统、网络等）加载类的具体逻辑。

5. 返回 Class 对象：一旦 findClass 方法成功加载了类，并返回了相应的 Class 对象，loadClass 方法就会将这个 Class 对象返回给调用者。

一般在自定义类加载器的实现中，MyClassLoader 类会重写 findClass 方法以从特定路径加载类文件。当我们在 main 方法中调用 loadClass 时，如果 your_class_name 类之前未被加载，MyClassLoader 的 loadClass 方法会间接调用我们重写的 findClass 方法来加载这个类。这就是为什么在 main 函数中并没有显式调用 findClass 方法，但该方法仍然被执行的原因。

如下是一个测试代码：

package per.mjn.t3;import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;public class Load7 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {// 创建自定义类加载器对象MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader();Class<?> c1 = myClassLoader.loadClass("Demo1_1");Class<?> c2 = myClassLoader.loadClass("Demo1_1");System.out.println(c1);// 判断两次加载获得的类对象是否相同System.out.println(c1 == c2); // true// 即使多次执行loadClass方法，但实际上类文件只会加载一次，第一次加载后就会放在自定义类加载器的缓存中// 下次再调用loadClass()时就可以在缓存中找到了，不会重复的进行类加载// -------------------------------------------------------MyClassLoader myClassLoader1 = new MyClassLoader();Class<?> c3 = myClassLoader1.loadClass("Demo1_1");// 唯一确定类的方式是，包名 类名相同，而且类加载器也是同一个，才认为这两个类才是完全一致的// 虽然MapImpl1与刚才的包名类名一样，但是由于他俩的类加载器对象不是同一个，所以认为这两个类不是同一个类// 也就是，这个类会被加载两次，因为是不同的类加载器，就认为他俩是相互隔离的，不会产生冲突System.out.println(c1 == c3); // false// 创建这个类的实例对象会触发静态代码块的执行c1.newInstance();  // 会打印出"init..."(在静态代码块中提前写好的)}
}class MyClassLoader extends ClassLoader {@Override   // name 就是类名称protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {String path = "D:\\ideaProject\\JVM_Detect\\src\\per\\mjn\\t1\\" + name + ".class";ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream();try {Files.copy(Paths.get(path), os);// 得到字节数组byte[] bytes = os.toByteArray();// byte[] -> *.classClass<?> aClass = defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);return aClass;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();throw new ClassNotFoundException("类文件未找到", e);}}
}