Java 类加载器

1). 字节码和.class文件区别

新建Java对象时，JVM将这个对象对应的字节码加载到内存中，这个字节码的原始信息存放在classpath目录下（及Java工程的bin目录下）的.class文件中，类加载需要将.class文件导入硬盘，经过处理变成字节码加载到内存。
示例：

public class ClassLoaderTest { public static void main(String[] args) { // 输出ClassLoaderTest的类加载器名称 System.out.println("ClassLoaderTest类的类加载器名称：" + ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getClass().getName()); System.out.println("System类的类加载器名称：" + System.class.getClassLoader()); System.out.println("List类的类加载器名称：" + List.class.getClassLoader()); // 获取ClassLoaderTest类的类加载器 ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader(); while (null != classLoader) { System.out.println(classLoader.getClass().getName() + "->"); // 获取类加载器的父类 classLoader = classLoader.getParent(); } System.out.println(classLoader); } } 

打印结果：

从打印结果可以看出ClassLoaderTest类是有AppClassLoader加载的。
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。 详情请看第三点：类加载器的委托机制

2). Java虚拟中的类加载器

Java虚拟机中可以安装多个类加载器，系统默认的有三个，每个类负责加载特定位置的类：BootStrap，ExtClassLoader，AppClassLoader
由于类加载器本身是Java类，也需要被类加载器加载，因此必须有一个为类加载器不是Java类，因此Bootstrap是由C/C++代码编写，被封装到JVM内核中，ExtClassLoader和AppClassLoader是Java类。
类加载器属性结构图：

3). 类加载器的委托机制

问题：Java虚拟机要加载第一个类的时候，使用哪一个类加载器加载？
(1). 当前线程的类加载器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);方法，可以获取/指定本线程中的类加载器)
(2). 如果类A引用了类B，Java虚拟机将使用加载类A的加载器来加载类B
(3). 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，先委托其上级类加载器来加载，当所有父加载器没有加载到类时，回到发起者类加载器，如果还是加载不了，则会抛出ClassNotFoundException。

好处：
能够很好的统一管理类加载，首先交给上级，如果上级有，就加载，这样如果之前已经加载过的类，这时候在来加载它的时候只要拿过来用就可以了，无需二次加载

4). 测试ExtClassLoader

• 将ClassLoaderTest类打包为Jar文件，拷贝至jdk\jre\lib\ext\下路径
  
  图3.png
• 接下来在eclipse中运行ClassLoaderTest文件，其打印结果为
  
  图4.png
  
  打印结果验证了类加载器的委托机制.
  测试完成后记得将test.jar删除

5). 类加载器主要方法

• 默认的类加载器

System.out.println("默认的类加载器:"+ClassLoader.getSystemClassLoader()); 

• loadClass(String name) 源码

 public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { return loadClass(name, false); } protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { // 加锁，进行同步处理，可能多个线程加载类 synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // 检查是否已经加载过 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进行类加载 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findBootstrapClassOrNull方法查找类，就是BootStrap类加载器 c = findBootstrapClassOrNull(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { // 类未发现异常 } if (c == null) { // 如果仍然没有发现，就调用自己的findClass方法进行进行类加载 long t1 = System.nanoTime(); 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; } } 

• defineClass，将class文件的字节数组编译成一个class对象，不能重写，内部实现为C/C++代码

  
  
  图6.png

6). 自定义ClassLoader

• 定义一个被加载的类

/** * 加载类 * @author mazaiting */ public class ClassLoaderAttachment extends Date{ private static final long serialVersionUID = -1892974244318329380L; @Override public String toString() { return "Hello ClassLoader"; } } 

• 自定义ClassLoader

/** * 自定义类加载器 * 步骤： * 1. 继承ClasssLoader * 2. 重写findClass(String name) 方法 * @author mazaiting */ public class MyClassLoader extends ClassLoader{ /**需要加载类.class文件的目录*/ private String classDir; /**无参构造*/ public MyClassLoader() {} public MyClassLoader(String classDir) { this.classDir = classDir; } // 测试，先将ClassLoaderAttachment.class文件加密到工程的class_temp目录下 public static void main(String[] args) throws Exception { // 配置运行参数 // ClassLoaderAttachment.class原路径--E:\test\java_advanced\ClassLoader\bin\com\mazaiting\ClassLoaderAttachment.class String srcPath = args[0]; // ClassLoaderAttachment.class输出路径--E:\test\java_advanced\ClassLoader\class_temp\ String desPath = args[1]; // 获取文件名 String desFileName = srcPath.substring(srcPath.lastIndexOf("\\") +1); // 配置目标文件路径 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(); } @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { // class文件的路径 String classPathFile = classDir + "/" + name + ".class"; try { // 将class文件进行解密 FileInputStream fis = new FileInputStream(classPathFile); ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); encodeAndDecode(fis, baos); byte[] classByte = baos.toByteArray(); // 将字节流变成一个class return defineClass(null, classByte, 0, classByte.length); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return super.findClass(name); } /** * 加密解密 * @param is 输入流 * @param os 输出流 * @throws IOException */ private static void encodeAndDecode(InputStream is, OutputStream os) throws IOException { int len; while ((len = is.read()) != -1) { len ^= 0xFF; os.write(len); } } } 

• 运行：在MyClassLoader的main方法右键 -> Run As -> Run Configurations...，进行如下配置(配置前请确保ClassLoader工程目录下存在class_temp文件夹，其中第一个参数是ClassLoaderAttachment.class文件的源路径，第二个参数是加密后存放的目录)，点击Run运行，此时在E:\test\java_advanced\ClassLoader\class_temp将会生成加密后的ClassLoaderAttachment.class文件
  
  图7.png
• 使用，在ClassLoaderTest的main函数中应用

public class ClassLoaderTest { public static void main(String[] args) { try { // 加载类 Class classDate = new MyClassLoader("class_temp").loadClass("ClassLoaderAttachment"); // 创建实例 Date date = (Date) classDate.newInstance(); // 输出ClassLoaderAttachment类的加载器名称 System.out.println("ClassLoader: " + date.getClass().getClassLoader().getClass().getName()); // 调用方法 System.out.println(date.toString()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } 

打印结果：

• 如果loadClass方法的参数为类的全路径名

 // 加载类 Class classDate = new MyClassLoader("class_temp").loadClass("com.mazaiting.ClassLoaderAttachment"); 

• 将\class_temp\路径下的ClassLoaderAttachment.class复制到\bin\com\mazaiting\路径下，然后运行

Exception in thread "main" java.lang.ClassFormatError: Incompatible magic value 889275713 in class file com/mazaiting/ClassLoaderAttachment 

不合适的魔数错误(class文件的前六个字节是个魔数用来标识class文件的)，因为加密后的数据AppClasssLoader无法解析。