JAVA基础知识之JVM-——自定义类加载器

JVM中除了根加载器之外其他加载器都是ClassLoader的子类实例， 可以通过扩展ClassLoader的子类，通过重写方法来实现自定义的类加载器。

ClassLoader中有两个关键的方法如下，

• loadClass(...)， 系统调用这个方法来加载指定类的Class对象

　　在这个方法中，一般需要做四件事，先后顺序如下，

1. findLoadedClass(..)看是否已经加载类——加载器的缓存机制
2. 在父加载器上调用loadClass(..)， 父加载器为null，则使用根加载器加载——加载器的父类委托机制
3. 调用findClass方法查找类

• findClass(...)，根据名称查找类

ClassLoader中还有一个核心方法 Class defineClass(...)，它负责将class文件读入字节数组，并把它转为Class对象。

所以如果需要自定义加载器，只需要重写findClass(...)方法就行了。因为loadClass不仅用到了缓存机制和父类委托机制，还直接调用了findClass类。

下面是一个简单例子来实现自定义加载器， 这个程序通过重写findClass实现自定义类的加载机制，让它在加载之前先编译源文件，这样就实现运行java文件之前先编译它， 从而可以通过这个程序直接执行java源文件。

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class MyClassLoader extends ClassLoader{
    // 读取一个文件的内容
    private byte[] getBytes(String filename) throws IOException {
        File file = new File(filename);
        long len = file.length();
        byte[] raw = new byte[(int)len];
        try {
            FileInputStream fin = new FileInputStream(file);
            //一次读取class文件的全部二进制数据
            int r = fin.read(raw);
            if (r != len) {
                throw new IOException("无法读取全部文件: "+r+" != "+raw);
            }
            return raw;
        } catch (IOException e) {
            throw e;
        }
    }
    
    //定义编译指定java文件的方法
    private boolean compile(String javaFile) throws IOException{
        System.out.println("MyClassLoader: " + "正在编译 " + javaFile);
        Process p = Runtime.getRuntime().exec("javac " + javaFile);
        try {
            //其他线程都等这个线程完成
            p.waitFor();
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e);
        }
        //获取javac线程的退出值
        int ret = p.exitValue();
        return ret == 0;
    }
    
    //重写ClassLoader的findClass方法
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = null;
        // 将包路径中的点（.）替换成斜杠(/)
        String fileStub = name.replace(".", "/");
        String javaFilename = fileStub + ".java";
        String classFilename = fileStub + ".class";
        File javaFile = new File(javaFilename);
        File classFile = new File(classFilename);
        //当指定java源文件存在，且class文件不存在，或者java源文件的修改时间比class文件的修改文件更晚时，重新编译
        if (javaFile.exists() && (!classFile.exists()
                || javaFile.lastModified() > classFile.lastModified())) {
            try {
                //如果编译失败，或者该class不存在
                if (!compile(javaFilename) || !classFile.exists()) {
                    throw new ClassNotFoundException("ClassNotFoundException " + javaFilename);
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        //如果class文件存在，将其转换为Class对象
        if (classFile.exists()) {
            try {
                //将class文件的二进制数据读入数组
                byte[] raw = getBytes(classFilename);
                //调用ClassLoader的defineClass方法将class文件转换成Class对象
                clazz = defineClass(name, raw, 0, raw.length);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        // 如果clazz为null， 表明失败， 则抛出异常
        if (clazz == null) {
            throw new ClassNotFoundException(name);
        }
        
        return clazz;
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 如果运行该程序时没有参数，即没有目标类
        
        if (args.length < 1) {
            
            System.out.println("缺少目标类，请安如下格式运行Java源文件");
            System.out.println("java MyClassLoader ClassName");
        }
        
        //第一个参数是要运行的类
        String progClass = args[0];

        //剩下的参数将做为目标运行时的参数
        //将这些参数复制到一个新的数组中
        String[] progArgs = new String[args.length - 1];
        System.arraycopy(args, 1, progArgs, 0 , progArgs.length);
        MyClassLoader mcl = new MyClassLoader();
        //加载需要运行的类
        Class<?> clazz = mcl.loadClass(progClass);
        //获取需要运行类的主方法
        Method main = clazz.getMethod("main", (new String[0]).getClass());
        Object argsArray[] = {progArgs};
        main.invoke(null, argsArray);
    }
}

下面写一个测试用的类，

public class Test{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("this is Test");
    }
}

使用 java MyClassLoader Test 执行程序

自定义类加载器的意义

自定义加载类，还能实现以下重要功能，

• 执行代码前自动验证代码签名
• 根据用户提供的密码解密代码， 从而实现代码混淆器来防止代码被反编译*.class文件
• 根据需求动态地加载类
• 根据需求把其他数据以字节码的形式加载到应用中