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Java 自定义类加载器教程

除了在面试中遇到类的加载器的概率会高外，在实际的工作中很少接触。但是一个程序员想要成长为大牛就必须对一些 JVM 的底层设计有些了解。在此基础上我们阅读一些源码和框架会显得更轻松。

好了废话不多说，我们接着前面的文章，乘热打铁。来实现一个 Java 自定义类加载器吧。

要实现 Java 自定义的类加载器，我们需要继承 ClassLoader 。并且需要了解Java的双亲委派模型。

loadClass

loadClass默认实现如下：

public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
   
    return loadClass(name, false);
}

再看看loadClass(String name, boolean resolve)函数：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException{ 
   
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) { 
   
        // First, check if the class has already been loaded
        Class c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) { 
   
            long t0 = System.nanoTime();
            try { 
   
                if (parent != null) { 
   
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else { 
   
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) { 
   
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }
            // 业余草：www.xttblog.com
            if (c == null) { 
   
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                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;
    }
}

从上面代码可以明显看出，loadClass(String, boolean)函数即实现了双亲委派模型！整个大致过程如下：

1. 首先，检查一下指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接返回。
2. 如果此类没有加载过，那么，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加载器加载（即调用parent.loadClass(name, false);）.或者是调用bootstrap类加载器来加载。
3. 如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载。
   话句话说，如果自定义类加载器，就必须重写findClass方法！

findClass

findClass的默认实现如下：

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
   
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

可以看出，抽象类ClassLoader的findClass函数默认是抛出异常的。而前面我们知道，loadClass在父加载器无法加载类的时候，就会调用我们自定义的类加载器中的findeClass函数，因此我们必须要在loadClass这个函数里面实现将一个指定类名称转换为Class对象.

如果是是读取一个指定的名称的类为字节数组的话，这很好办。但是如何将字节数组转为Class对象呢？很简单，Java提供了defineClass方法，通过这个方法，就可以把一个字节数组转为Class对象。

defineClass

defineClass主要的功能是：将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节数组。如，假设class文件是加密过的，则需要解密后作为形参传入defineClass函数。

defineClass默认实现如下：

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)
	throws ClassFormatError  { 
   
	return defineClass(name, b, off, len, null);
}

函数调用过程

函数调用过程，如下图所示：

通常情况下，我们都是直接使用系统类加载器。但是，有的时候，我们也需要自定义类加载器。比如应用是通过网络来传输 Java类的字节码，为保证安全性，这些字节码经过了加密处理，这时系统类加载器就无法对其进行加载，这样则需要自定义类加载器来实现。自定义类加载器一般都是继承自ClassLoader类，从上面对loadClass方法来分析来看，我们只需要重写 findClass 方法即可。下面我们通过一个示例来演示自定义类加载器的流程：

package com.xttblog.classloader;
import java.io.*;
public class MyClassLoader extends ClassLoader { 

private String root;
// 业余草：www.xttblog.com
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 

byte[] classData = loadClassData(name);
if (classData == null) { 

throw new ClassNotFoundException();
} else { 

return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
}
}
private byte[] loadClassData(String className) { 

String fileName = root + File.separatorChar
+ className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
try { 

InputStream ins = new FileInputStream(fileName);
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
int bufferSize = 1024;
byte[] buffer = new byte[bufferSize];
int length = 0;
while ((length = ins.read(buffer)) != -1) { 

baos.write(buffer, 0, length);
}
return baos.toByteArray();
} catch (IOException e) { 

e.printStackTrace();
}
return null;
}
public String getRoot() { 

return root;
}
public void setRoot(String root) { 

this.root = root;
}
public static void main(String[] args)  { 

MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
classLoader.setRoot("E:\\temp");
Class<?> testClass = null;
try { 

testClass = classLoader.loadClass("com.xttblog.classloader.Test2");
Object object = testClass.newInstance();
System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
} catch (ClassNotFoundException e) { 

e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) { 

e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) { 

e.printStackTrace();
}
}
}

自定义类加载器的核心在于对字节码文件的获取，如果是加密的字节码则需要在该类中对文件进行解密。由于这里只是演示，我并未对class文件进行加密，因此没有解密的过程。这里有几点需要注意：

1. 这里传递的文件名需要是类的全限定性名称，即com.paddx.test.classloading.Test格式的，因为 defineClass 方法是按这种格式进行处理的。
2. 最好不要重写loadClass方法，因为这样容易破坏双亲委托模式。
3. 这类Test 类本身可以被AppClassLoader类加载，因此我们不能把com/paddx/test/classloading/Test.class放在类路径下。否则，由于双亲委托机制的存在，会直接导致该类由AppClassLoader加载，而不会通过我们自定义类加载器来加载。