黑马程序员——【Java高新技术】——类加载器

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一、概述

　　（一）类加载器（class loader）

　　用来动态加载Java类的工具，它本身也是Java类。

　　（二）类加载器作用

　　负责加载 Java 类的字节代码到 Java 虚拟机中。

　　（三）Java类加载器

　　1、Java虚拟机中可以安装多个类加载器，系统默认三个主要类加载器，每个类加载器负责加载特定位置的类：

　　（1）BootStrap（bootstrap class loader）：它用来加载 Java 的核心库，是用原生代码来实现的，并不继承自 java.lang.ClassLoader。

　　（2）ExtClassLoader（extensions class loader）：它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。

　　（3）AppClassLoader（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

　　2、BootStrap

　　类加载器也是Java类，因为其他java类的类加载器本身也要被类加载器加载，显然必须有第一个类加载器不是不是java类，这正是BootStrap。

　　3、类加载器演示，代码示例：

 public class ClassLoaderDemo {
     public static void main(String[] args) {
         System.out.println(
                 ClassLoaderDemo.class.getClassLoader().getClass().getName()
                 );//sun.misc.Launcher$AppClassLoader，表示由AppClassLoader加载
         System.out.println(System.class.getClassLoader());//null,表示System这个类时由RootStrap加载的
     }
 }

　　（四）类加载器的树状组织结构及管辖范围

　　演示类加载器的树状组织结构，代码示例如下：

 public class ClassLoaderTree {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader loader = ClassLoaderTree.class.getClassLoader();
        while (loader != null) {
             System.out.println(loader.toString());
             loader = loader.getParent();
        }
    }
 }

二、类加载器的委托机制

　　（一）加载类的过程

　　当Java虚拟机要加载一个类时，到底要用哪个类加载器加载呢？

　　（1）首先，当前线程的类加载器去加载线程中的第一个类。

　　（2）若A引用类B（继承或者使用了B），Java虚拟机将使用加载类的类加载器来加载类B。

　　（3）还可直接调用ClassLoader的LoaderClass()方法，来指定某个类加载器去加载某个类。

　　（二）类加载器的委托

　　1、每个类加载器加载类时，又先委托给上级类加载器。

　　（1）首先，类加载器发起者一级级向上委托，直至BootStrap；

　　（2）从BootStrap加载器开始查找，找到了直接返回，没找到再一级级向下返回让其子级加载器查找；

　　（3）一直返回到发起者，发起者再没找到，则抛出ClassNotFoundException，而不再找发起者类加载器的子类来找。

　　2、面试题：可不可以自己写一个java.lang.System类呢？

　　（1）通常是不可以的，由于类加载器的委托机制，会先将System这个类一级级委托给最顶级的BootStrap，由于BootStrap在其指定的目录中加载的是rt.jar中的类，rt.jar中有System类，那么就会直接加载，而不会去加载自定义的System类。

　　（2）但是还是有办法加载自定义的System类的，此时就不能交给上级加载了，需要用自定义的类加载器加载，这就需要有特殊的写法才能去加载这个自定义的System类的。

三、自定义类加载器

　　（一）概述

　　1、自定义的类加载器必须继承ClassLoader，要覆盖其中的findClass(String name)方法，不用覆盖loadClass()方法。

　　2、类加载器的原理

　　（1）loadClass()内部会先委托给父级，当父级找不到后返回，再调用findClass(String name)方法，即自定义的类加载器去找。所以只需要覆写findClass方法，就能实现用自定义的类加载器加载类的目的。

　　（2）一般自定义类加载器，会把需要加载的类放在自己指定的目录中，而java中已有的类加载器是不知道你这个目录的，所以会找不到。这样才会调用你复写的findClass()方法，用你自定义的类加载器去指定的目录加载类。

　　3、模板方法设计模式

　　模板方法设计模式，保留了loadClass()方法中的流程（此流程就是先找父级，找不到再调用自定义的类加载器），因此只需覆盖findClass()方法，实现局部细节就行了。

　　4、当得到了class文件中的二进制数据，如何将class文件的内容转换成字节码？

　　ClassLoader提供了一个protected Class<?> defineClass(String name , byte[] b , int off , int len)方法，只需要将类的class文件传入，就可以将其变为字节码。

　　（二）编程步骤

　　1、编写一个对文件内容进行简单加密的程序

　　2、编写好了一个自己的类加载器，可实现对加密过来的类进行加载和解密。

　　3、编写一个程序，调用类加载器加载类，在源程序中不能用该类名定义引用变量，因为编译器无法识别这个类，程序中除了可使用ClassLoader的loadClass方法外，还可以使用设置线程的上下文类加载器或系统类加载器，然后再使用Class.forName。

　　（三）编码步骤

　　1、对不带包名的class文件进行加密，加密结果存放到另外一个目录，例如： java MyClassLoader MyTest.class F:\itcast

　　2、运行加载类的程序，结果能够被正常加载，但打印出来的类装载器名称为AppClassLoader：java MyClassLoader MyTest F:\itcast

　　3、用加密后的类文件替换CLASSPATH环境下的类文件，再执行上一步操作就出问题了，错误说明是AppClassLoader类装载器装载失败。

　　4、删除CLASSPATH环境下的类文件，再执行上一步操作就没问题了。

　　（四）自定义类加载器，代码实现（张孝祥老师讲解）

　　1、定义一个测试类：ClassLoaderAttachment

 // 定义一个测试类，继承Date，用于加载
 import java.util.Date;
 public class ClassLoaderAttachment extends Date{
     public String toString(){
         return " hello,itcast";
     }
 }

　　2、自定义类加载器：MyClassLoader，继承ClassLoader，覆盖findClass()方法。

 import java.io.ByteArrayOutputStream;
 import java.io.FileInputStream;
 import java.io.FileOutputStream;
 import java.io.InputStream;
 import java.io.OutputStream;
 public class MyClassLoader extends ClassLoader{
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         String srcPath = args[0];
         String destDir = args[1];
         FileInputStream fis = new FileInputStream(srcPath);
         String destFileName = srcPath.substring(srcPath.lastIndexOf("\\")+1);
         String destFilePath = destDir+"\\"+destFileName;
         FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFilePath);
         cypher(fis,fos);//加密class字节码
         fis.close();
         fos.close();
     }
     //加密方法
     private static void cypher(InputStream ips,OutputStream ops) throws Exception{
         int b = -1;
         while((b = ips.read())!=-1){
             ops.write(b^0xff);
         }
     }

 private String classDir;

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
     String classFileName = classDir + "\\"  + name.substring(name.lastIndexOf('.')+1) + ".class";
     try {
         FileInputStream fis = new FileInputStream(classFileName);
         ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
         cypher(fis,bos);//解密
         fis.close();
         System.out.println("aaa");
         byte[] bytes = bos.toByteArray();
         return defineClass(bytes, 0, bytes.length);
     } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
     }
     return null;
    }

    public MyClassLoader(){}
    public MyClassLoader(String classDir){
     this.classDir = classDir;
    }
 }

　　3、定义类加载测试类：ClassLoaderTest，测试自定义的类加载器

 import java.util.Date;
 public class ClassLoaderTest {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         Class clazz = new MyClassLoader (" itcastlib " ) . loadClass ( " cn.itcast . day2 . ClassLoaderAttachment " ) ;
         Date d1 = (Date)clazz.newInstance();
         System.out.println(d1);
     }
 }

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