【ClassLoader】实现自定义类加载器加载指定路径下的Class文件和Jar包[通俗易懂]

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前言

在web开发中，一般我们是不需要去自己实现类加载器的，常见的web容器已经帮我们实现了指定路径下的加载，比如我们熟悉的tomcat容器，关于tomcat类加载机制可以阅读博主的这篇文章：
Java类加载机制和Tomcat模型

有些时候我们需要实现自定义的类加载器来重定向我们的.class文件的加载路径或者jar包里的打包的内容，那么我们通常来说有2种办法：

1.我们可以把我们待加载的内容放到JDK中已有的加载路径下去，比如ApplicationClassLoader就是在系统变量下加载的，我们可以放进去，用它来实现加载。

2.我们可以实现一个自定义的类加载器，用它来加载我们所需要加载的内容，然后通过反射生成一个调用对象。

本文主要介绍第二种方式。

自定义类加载器加载.class文件

想要实现一个自定义的类加载器，首先要继承JDK中的ClassLoader类，如果我们要打破双亲委派模型，就去重写他的loadClass方法；如果我们想遵循双亲委派模型，只是实现自定义的加载路径，我们只需要重写findClass。

重写findClass时有一个核心方法defineClass, 他可以将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组就是.class文件读取后最终的字节数组，也就是说我们只需要通过文件流字节流FileInputStream把.class文件中的字节流读进来，然后通过defineClass反序列化成一个Class对象即可，是不是很方便，我们马上来实践一下。

/** * @author cry777 * @description * @create 2022-03-02 */
public class MyClassLoader extends ClassLoader { 
   

    private String classPath;

    public AgentClassLoader(String classPath) { 
   
        this.classPath = classPath;
    }

    private byte[] loadByte(String name) throws Exception { 
   
        name = name.replaceAll("\\.", "/");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
                + ".class");
        int len = fis.available();
        byte[] data = new byte[len];
        fis.read(data);
        fis.close();
        return data;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
   
        try { 
   
            byte[] data = loadByte(name);
            return defineClass(name, data, 0, data.length);
        } catch (Exception e) { 
   
            e.printStackTrace();
            throw new ClassNotFoundException();
        }
    }
}

这样其实代码就已经写完了，我们来建一个测试类User测试一下：

public class User { 
   

    private int id;
    private String name;

    public User() { 
   
    }

    public User(int id, String name) { 
   
        super();
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public int getId() { 
   
        return id;
    }

    public void setId(int id) { 
   
        this.id = id;
    }

    public String getName() { 
   
        return name;
    }

    public void setName(String name) { 
   
        this.name = name;
    }

    public void sout() { 
   
        System.out.println("=======自己的加载器加载类调用方法=======");
    }

    public static void main(String[] args) { 
   
        User user = new User();
    }
}

下面是测试代码：
补充细节： 初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载器设置为应用程序类加载器AppClassLoader

public class MyClassLoaderTest { 
   
    public static void main(String args[]) throws Exception { 
   

        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader ("D:\\test");
        Class clazz = classLoader.loadClass("com.cry.User");
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}

我们可以通过clazz.getClassLoader().getClass().getName()来打印出当前所用到的类加载器全限定名。
补充测试的细节: 测试时候要注意先编译，然后把得到的User.class复制到你的指定目录下，然后要记得删除编译过后的User.class，因为双亲委派模型会先去查缓存，如果你不删除缓存JDK还是会用父类加载器去加载。

这样我们的.class文件就已经加载完了，这个比较简单，下面我们来加载一下jar包，因为jar包是一个压缩文件，所以我们肯定要先解压缩后才能处理，这方面JDK为我们提供了一个JarFile的工具类，可以借助它来实现压缩的效果。

自定义类加载器加载jar包文件

首先我们还是要继承ClassLoader这个类，去重写它的findClass方法，里面最关键的方法是jarFile.getJarEntry：获取一个Class对象，每个JarEntry都对应着一个Class对象，然后我们就可以把这个JarEntry转换成一个输入流：InputStream is = jarFile.getInputStream(entry);，这边要注意一个细节：findClass(String name)这个方法的name入参是com.cry.User格式的，而jarFile.getJarEntry(jarEntryName)需要传入的入参是com/cry/User.class这样格式的，需要对Name做一个格式的转换，贴心的博主这里已经写好了：

public String classNameToJarEntry(String name){ 
   
    String s = name.replaceAll("\\.", "\\/");
    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(s);
    stringBuilder.append(".class");
    return stringBuilder.toString();
}

下面我们就把其他部分的代码补充一下吧

public class JarClassLoader extends ClassLoader { 
   

    public JarFile jarFile;

    public ClassLoader parent;

    public JarClassLoader(JarFile jarFile) { 
   
        super(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
        this.parent = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        this.jarFile = jarFile;
    }


    public JarClassLoader(JarFile jarFile, ClassLoader parent) { 
   
        super(parent);
        this.parent = parent;
        this.jarFile = jarFile;
    }
    
    public String classNameToJarEntry(String name){ 
   
        String s = name.replaceAll("\\.", "\\/");
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(s);
        stringBuilder.append(".class");
        return stringBuilder.toString();

    }
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
   
        try { 
   
            Class c = null;
            if (null != jarFile) { 
   
                String jarEntryName = classNameToJarEntry(name);
                JarEntry entry = jarFile.getJarEntry(jarEntryName);
                if (null != entry) { 
   
                    InputStream is = jarFile.getInputStream(entry);
                    int availableLen = is.available();
                    int len = 0;
                    byte[] bt1 = new byte[availableLen];
                    while (len < availableLen) { 
   
                        len += is.read(bt1, len, availableLen - len);
                    }
                    c = defineClass(name, bt1, 0, bt1.length);
                } else { 
   
                    if (parent != null) { 
   
                        return parent.loadClass(name);
                    }
                }
            }
            return c;
        } catch (IOException e) { 
   
            throw new ClassNotFoundException("Class " + name + " not found.");
        }
    }

    @Override
    public InputStream getResourceAsStream(String name) { 
   
        InputStream is = null;
        try { 
   
            if (null != jarFile) { 
   
                JarEntry entry = jarFile.getJarEntry(name);
                if (entry != null) { 
   
                    is = jarFile.getInputStream(entry);
                }
                if (is == null) { 
   
                    is = super.getResourceAsStream(name);
                }
            }
        } catch (IOException e) { 
   
            // logger.error(e.getMessage());
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return is;
    }
}

测试一下结果：

public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException { 
   
        JarClassLoader jarClassLoader = new JarClassLoader(new JarFile(new File("D:\\test\\test.jar")));

        Enumeration<JarEntry> entries = jarClassLoader.jarFile.entries();
        while (entries.hasMoreElements()) { 
   
            String name = entries.nextElement().getName();
            System.out.println("name: " + name);
        }
        Class clazz1 = jarClassLoader.loadClass("User");
        Object obj1 = clazz1.newInstance();
        Method method1 = clazz1.getDeclaredMethod("sout", null);
        method1.invoke(obj1, null);
        System.out.println(clazz1.getClassLoader().getClass().getName());

}

下面让我们来用一下，比如我们可以用自己的加载器，来生成一个Object：

public static MyInterface createAgentInstance(ClassLoader myClassLoader,String entryClass) throws Exception{ 
   
    MyInterface myInstance = null;
    Thread currentThread = Thread.currentThread();
    ClassLoader beforeClassLoader = currentThread.getContextClassLoader();
    currentThread.setContextClassLoader(entryClass);
    try { 
   
        Class<?> entryClass= myClassLoader.loadClass(entryClass);
        Constructor<?> constructor = entryClass.getDeclaredConstructor();
        Object instance = constructor.newInstance();
        if (instance instanceof MyInterface ){ 
   
            myInstance = (MyInterface ) instance;
        }
    } finally { 
   
        currentThread.setContextClassLoader(beforeClassLoader);
    }
    return myInstance ;
}