JVM——自定义类加载器

0. 为什么需要自定义类加载器  

网上的大部分自定义类加载器文章，几乎都是贴一段实现代码，然后分析一两句自定义ClassLoader的原理。但是我觉得首先得把为什么需要自定义加载器这个问题搞清楚，因为如果不明白它的作用的情况下，还要去学习它显然是很让人困惑的。

首先介绍自定义类的应用场景：

（1）加密：Java代码可以轻易的被反编译，如果你需要把自己的代码进行加密以防止反编译，可以先将编译后的代码用某种加密算法加密，类加密后就不能再用Java的ClassLoader去加载类了，这时就需要自定义ClassLoader在加载类的时候先解密类，然后再加载。

（2）从非标准的来源加载代码：如果你的字节码是放在数据库、甚至是在云端，就可以自定义类加载器，从指定的来源加载类。

（3）以上两种情况在实际中的综合运用：比如你的应用需要通过网络来传输 Java 类的字节码，为了安全性，这些字节码经过了加密处理。这个时候你就需要自定义类加载器来从某个网络地址上读取加密后的字节代码，接着进行解密和验证，最后定义出在Java虚拟机中运行的类。

1. 双亲委派模型

在实现自己的ClassLoader之前，我们先了解一下系统是如何加载类的，那么就不得不介绍双亲委派模型的特点和实现过程。

双亲委派模型特点：

该模型要求除了顶层的Bootstrapclassloader启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。子类加载器和父类加载器不是以继承（Inheritance）的关系来实现，而是通过组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。

//双亲委派模型的工作过程源码
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// First, check if the class has already been loaded
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
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
//父类加载器无法完成类加载请求
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order to find the class
//子加载器进行类加载
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {//判断是否需要链接过程，参数传入
resolveClass(c);
}
return c;
}

双亲委派模型的工作过程如下：

（1）代码中一开始的判空操作是当前 ClassLoader从自己已经加载的类中查询是否此类已经加载，如果已经加载则直接返回原来已经加载的类。（每个类加载器都有自己的加载缓存，当一个类被加载了以后就会放入缓存，等下次加载的时候就可以直接返回）

（2）当前 ClassLoader的缓存中没有找到被加载的类的时候，它自己不会尝试去加载该类，而是委托父类加载器去加载，如代码c = parent.loadClass(name, false)所示（父类加载器采用同样的策略，递归了loadClass函数），首先查看自己的缓存，没有就委托父类的父类去加载，一直到 BootStrap ClassLoader。如代码所示，如果父加载器为空则默认使用启动类加载器（BootStrap ClassLoader）作为父加载器去加载，如代码findBootstrapClassOrNull(name)所示（为何父类为BootStrap ClassLoader会返回空，原因在我写过的JVM——Java类加载机制总结中介绍过了）。

（3）如果BootStrapClassLoader加载失败（例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class），会使用ExtClassLoader来尝试加载； 若ExtClassLoader也加载失败，则会使用AppClassLoader来加载，如果AppClassLoader也加载失败，则会抛出ClassNotFoundException。然后再调用当前加载器的findClass()方法进行加载。

双亲委派模型的好处：

（1）主要是为了安全性，避免用户自己编写的类动态替换 Java的一些核心类，比如 String。

（2）同时也避免重复加载，因为 JVM中区分不同类，不仅仅是根据类名，相同的 class文件被不同的 ClassLoader加载就是不同的两个类。

2. 自定义类加载器

（1）从上面源码可以看出，在调用loadClass方法时，会先根据委派模型在父加载器中加载，如果加载失败，则会调用自己的findClass方法来完成加载。

（2）因此我们自定义的类加载器只需要继承ClassLoader，并覆盖findClass方法。

（3）下面是一个实际例子，在该例中我们用自定义的类加载器去加载我们事先准备好的class文件。

2.1 自定义一个People.java类做例子

public class People {
//该类写在记事本里，在用javac命令行编译成class文件，放在d盘根目录下
	private String name;

	public People() {}

	public People(String name) {
		this.name = name;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

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

	public String toString() {
		return "I am a people, my name is " + name;
	}

}

2.2 自定义类加载器

自定义一个类加载器，需要继承ClassLoader类，并实现findClass方法。其中defineClass方法可以把二进制流字节组成的文件转换为一个java.lang.Class（只要二进制字节流的内容符合Class文件规范）。

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.Channels;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.WritableByteChannel;

public class MyClassLoader extends ClassLoader
{
    public MyClassLoader()
    {

    }

    public MyClassLoader(ClassLoader parent)
    {
        super(parent);
    }

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
    {
    	File file = new File("D:/People.class");
        try{
            byte[] bytes = getClassBytes(file);
            //defineClass方法可以把二进制流字节组成的文件转换为一个java.lang.Class
            Class<?> c = this.defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
            return c;
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }

        return super.findClass(name);
    }

    private byte[] getClassBytes(File file) throws Exception
    {
        // 这里要读入.class的字节，因此要使用字节流
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
        FileChannel fc = fis.getChannel();
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        WritableByteChannel wbc = Channels.newChannel(baos);
        ByteBuffer by = ByteBuffer.allocate(1024);

        while (true){
            int i = fc.read(by);
            if (i == 0 || i == -1)
            break;
            by.flip();
            wbc.write(by);
            by.clear();
        }
        fis.close();
        return baos.toByteArray();
    }
}

2.3 在主函数里使用

MyClassLoader mcl = new MyClassLoader();
Class<?> clazz = Class.forName("People", true, mcl);
Object obj = clazz.newInstance();

System.out.println(obj);
System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());//打印出我们的自定义类加载器

2.4 运行结果

至此关于自定义ClassLoader的内容总结完毕。

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