ClassLoader原理

ClassLoader原理

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  JVM規範定義了兩種類型的類裝載器：啓動內裝載器 (bootstrap) 和用戶自定義裝載器 (user-defined class loader) 。



 
一．    ClassLoader 基本概念
1 ． ClassLoader 分類
類裝載器是用來把類(class)裝載進JVM的。
JVM規範定義了兩種類型的類裝載器：啓動內裝載器 (bootstrap) 和用戶自定義裝載器 (user-defined class loader) 。


JVM在運行時會產生三個ClassLoader:Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和AppClassLoader. Bootstrap是用C++編寫的，我們在Java中看不到它,是null,是JVM自帶的類裝載器，用來裝載核心類庫，如java.lang.*等。
AppClassLoader 的 Parent 是 ExtClassLoader ，而 ExtClassLoader 的 Parent 爲 Bootstrap ClassLoader 。
 
Java 提供了抽象類 ClassLoader ，所有用戶自定義類裝載器都實例化自 ClassLoader 的子類。 System Class Loader 是一個特殊的用戶自定義類裝載器，由 JVM 的實現者提供，在編程者不特別指定裝載器的情況下默認裝載用戶類 。系統類裝載器可以通過ClassLoader.getSystemClassLoader() 方法得到。
 
例1，測試你所使用的JVM的ClassLoader
/*LoaderSample1.java*/

public   class  LoaderSample1 {
     public   static   void  main(String[] args) {
        Class c;
        ClassLoader cl;
        cl  =  ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(cl);
         while  (cl  !=   null ) {
            cl  =  cl.getParent();
            System.out.println(cl);
        }
         try  {
            c  =  Class.forName( " java.lang.Object " );
            cl  =  c.getClassLoader();
            System.out.println( " java.lang.Object's loader is  "   +  cl);
            c  =  Class.forName( " LoaderSample1 " );
            cl  =  c.getClassLoader();
            System.out.println( " LoaderSample1's loader is  "   +  cl);
        }  catch  (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在我的機器上(Sun Java 1.4.2)的運行結果
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@1a0c10f
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@e2eec8
null
java.lang.Object's loader is null
LoaderSample1's loader is sun.misc.Launcher$AppClassLoader@1a0c10f
第一行表示，系統類裝載器實例化自類sun.misc.Launcher$AppClassLoader
第二行表示，系統類裝載器的parent實例化自類sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
第三行表示，系統類裝載器parent的parent爲bootstrap
第四行表示，核心類java.lang.Object是由bootstrap裝載的
第五行表示，用戶類LoaderSample1是由系統類裝載器裝載的
 
 
二． parent delegation模型
從1.2版本開始，Java引入了雙親委託模型，從而更好的保證Java平臺的安全。在此模型下，當一個裝載器被請求裝載某個類時，它首先委託自己的 parent 去裝載，若 parent 能裝載，則返回這個類所對應的 Class 對象，若 parent 不能裝載，則由 parent 的請求者去裝載 。

圖 1 parent delegation模型
如 圖1所示，loader2的parent爲loader1，loader1的parent爲system class loader。假設loader2被要求裝載類MyClass，在parent delegation模型下，loader2首先請求loader1代爲裝載，loader1再請求系統類裝載器去裝載MyClass。若系統裝載器能成 功裝載，則將MyClass所對應的Class對象的reference返回給loader1，loader1再將reference返回給 loader2，從而成功將類MyClass裝載進虛擬機。若系統類裝載器不能裝載MyClass，loader1會嘗試裝載MyClass，若 loader1也不能成功裝載，loader2會嘗試裝載。若所有的parent及loader2本身都不能裝載，則裝載失敗。
 
若有一 個能成功裝載，實際裝載的類裝載器被稱爲定義類裝載器，所有能成功返回Class對象的裝載器（包括定義類裝載器）被稱爲初始類裝載器。如圖1所示，假設 loader1實際裝載了MyClass，則loader1爲MyClass的定義類裝載器，loader2和loader1爲MyClass的初始類裝 載器。
 
需要指出的是，Class Loader是對象，它的父子關係和類的父子關係沒有任何關係。
 
那麼parent delegation模型爲什麼更安全了？因爲在此模型下用戶自定義的類裝載器不可能裝載應該由父親裝載器裝載的可靠類，從而防止不可靠甚至惡意的代碼代替由父親裝載器裝載的可靠代碼。實際上，類裝載器的編寫者可以自由選擇不用把請求委託給 parent ，但正如上所說，會帶來安全的問題。
 
 
三．命名空間及其作用
每個類裝載器有自己的命名空間，命名空間由所有以此裝載器爲創始類裝載器的類組成。不同命名空間的兩個類是不可見的，但只要得到類所對應的Class對象的reference，還是可以訪問另一命名空間的類。
 
例 2演示了一個命名空間的類如何使用另一命名空間的類。在例子中，LoaderSample2由系統類裝載器裝載，LoaderSample3由自定義的裝 載器loader負責裝載，兩個類不在同一命名空間，但LoaderSample2得到了LoaderSample3所對應的Class對象的 reference，所以它可以訪問LoaderSampl3中公共的成員(如age)。
例2不同命名空間的類的訪問
/*LoaderSample2.java*/

import  java.net. * ;
import  java.lang.reflect. * ;
public   class  LoaderSample2 {
     public   static   void  main(String[] args) {
         try  {
            String path  =  System.getProperty( " user.dir " );
            URL[] us  =  { new  URL( " file:// "   +  path  +   " /sub/ " )};
            ClassLoader loader  =   new  URLClassLoader(us);
            Class c  =  loader.loadClass( " LoaderSample3 " );
            Object o  =  c.newInstance();
            Field f  =  c.getField( " age " );
             int  age  =  f.getInt(o);
            System.out.println( " age is  "   +  age);
        }  catch  (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

/*sub/Loadersample3.java*/

public   class  LoaderSample3 {
     static  {
        System.out.println( " LoaderSample3 loaded " );
    }
     public   int  age  =   30 ;
}

編譯：javac LoaderSample2.java; javac sub/LoaderSample3.java
運行：java LoaderSample2
LoaderSample3 loaded
age is 30
從運行結果中可以看出，在類LoaderSample2中可以創建處於另一命名空間的類LoaderSample3中的對象並可以訪問其公共成員age。
運行時包(runtime package)
由 同一類裝載器定義裝載的屬於相同包的類組成了運行時包，決定兩個類是不是屬於同一個運行時包，不僅要看它們的包名是否相同，還要看的定義類裝載器是否相 同。只有屬於同一運行時包的類才能互相訪問包可見的類和成員。這樣的限制避免了用戶自己的代碼冒充核心類庫的類訪問核心類庫包可見成員的情況。假設用戶自 己定義了一個類java.lang.Yes，並用用戶自定義的類裝載器裝載，由於java.lang.Yes和核心類庫java.lang.*由不同的裝 載器裝載，它們屬於不同的運行時包，所以java.lang.Yes不能訪問核心類庫java.lang中類的包可見的成員。
 
總結
命名空間並沒有完全禁止屬於不同空間的類的互相訪問，雙親委託模型加強了 Java 的安全，運行時包增加了對包可見成員的保護。
 
二．    擴展ClassLoader 方法
我們目的是從本地文件系統使用我們實現的類裝載器裝載一個類。爲了創建自己的類裝載器我們應該擴展 ClassLoader 類，這是一個抽象類。我們創建一個 FileClassLoader extends ClassLoader 。我們需要覆蓋 ClassLoader 中的 findClass(String name) 方法，這個方法通過類的名字而得到一個 Class 對象。

     public  Class findClass(String name)
    {
         byte [] data  =  loadClassData(name);
         return  defineClass(name, data,  0 , data.length);
    }

   我們還應該提供一個方法loadClassData(String name)，通過類的名稱返回class文件的字
節數組。然後使用ClassLoader提供的defineClass()方法我們就可以返回Class對象了。

     public   byte [] loadClassData(String name)
    {
        FileInputStream fis  =   null ;
         byte [] data  =   null ;
         try
        {
            fis  =   new  FileInputStream( new  File(drive  +  name  +  fileType));
            ByteArrayOutputStream baos  =   new  ByteArrayOutputStream();
             int  ch  =   0 ;
             while  ((ch  =  fis.read())  !=   - 1 )
            {
                baos.write(ch);
               
            }
            data  =  baos.toByteArray();
        }  catch  (IOException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        
         return  data;
    }