了解和扩展Java ClassLoader

Java ClassLoader是项目开发中Java的关键但很少使用的组件之一。就我个人而言，我从未在任何项目中扩展ClassLoader，但是拥有自己的可以自定义Java类加载的ClassLoader的想法让我感到很兴奋。

本文将概述Java类加载，然后继续创建自定义ClassLoader并使用它。

什么是ClassLoader？

我们知道Java程序在Java虚拟机（JVM）上运行。当我们编译Java类时，它会以字节码的形式将其转换为平台和机器无关的已编译程序，并将其存储为.class文件。之后，当我们尝试使用类时，Java ClassLoader将该类加载到内存中。

Java中内置了三种类型的内置类加载器：

Bootstrap类加载器 –它加载JDK内部类，通常加载rt.jar和其他核心类，例如java.lang。*包类
扩展类加载器 –它从JDK扩展目录（通常为$ JAVA_HOME / lib / ext目录）中加载类。
系统类加载器 –它从当前类路径加载类，这些类可以在使用-cp或-classpath命令行选项调用程序时进行设置。

让我们通过执行以下java程序更好地理解这一点：

ClassLoaderTest.java

package com.journaldev.classloader;public class ClassLoaderTest {public static void main(String[] args) {System.out.println("class loader for HashMap: "+ java.util.HashMap.class.getClassLoader());System.out.println("class loader for DNSNameService: "+ sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService.class.getClassLoader());System.out.println("class loader for this class: "+ ClassLoaderTest.class.getClassLoader());System.out.println(com.mysql.jdbc.Blob.class.getClassLoader());}}

上面程序的输出：

HashMap的类加载器：null
DNSNameService的类加载器：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@51f12c4e
此类的类加载器：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@799134f4
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@799134f4

如您所见，java.util.HashMap ClassLoader作为null来反映Bootstrap ClassLoader，而DNSNameService ClassLoader是ExtClassLoader。由于类本身位于CLASSPATH中，因此System ClassLoader会加载它。

当我们尝试加载HashMap时，我们的System ClassLoader将其委托给Extension ClassLoader，后者再将其委托给找到该类的Bootstrap ClassLoader并将其加载到JVM中。 DNSNameService类遵循相同的过程，但是Bootstrap ClassLoader无法定位它，因为它位于$ JAVA_HOME / lib / ext / dnsns.jar中，因此由扩展类加载器加载。

还有一点要注意的是，子类加载器加载的类可以查看其父类加载器加载的类。因此，由System ClassLoader加载的类具有对Extensions和Bootstrap ClassLoader加载的类的可见性。

如果有同级类加载器，则它们将无法访问彼此加载的类。

为什么要编写ClassLoader？

Java默认的ClassLoader可以从本地文件系统中加载文件，这在大多数情况下已经足够了。但是，如果在加载类时希望在运行时或从FTP服务器或通过第三方Web服务获取类，则必须扩展现有的类加载器。例如，AppletViewers从远程Web服务器加载类。

ClassLoader如何工作？

当JVM请求一个类时，它通过传递类的完全分类名称来调用ClassLoader的loadClass函数。

loadClass函数调用findLoadedClass（）方法来检查该类是否已加载。需要避免多次加载该类。

如果尚未加载该类，则它将把请求委派给父ClassLoader以加载该类。

如果父ClassLoader找不到该Class，则它将调用findClass（）方法在文件系统中查找这些类。

创建我们自己的ClassLoader

我们将通过扩展ClassLoader类并覆盖loadClass（String name）函数来创建自己的ClassLoader。如果名称以com.journaldev（即我们的示例类包）开头，则将使用我们自己的类加载器加载它，否则我们将调用父ClassLoader loadClass（）方法加载该类。

项目结构如下图所示：

CCLoader.java：这是我们的自定义类加载器，具有以下方法。

1. 专用字节[] loadClassFileData（字符串名称）

此方法将从文件系统读取类文件到字节数组。

2. 私有类getClass（String name）

此方法将调用loadClassFileData（）函数，并通过调用父defineClass（）方法，它将生成Class并返回它。

3. public Class loadClass（字符串名称）

此方法负责加载Class。如果类名以com.journaldev（我们的示例类）开头，则它将使用getClass（）方法加载它，否则它将调用父loadClass函数来加载它。

4. public CCLoader（ClassLoader的父对象）

这是负责设置父ClassLoader的构造函数。

CCLoader源代码：

import java.io.DataInputStream;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;/*** Our Custom Class Loader to load the classes. Any class in the com.journaldev* package will be loaded using this ClassLoader. For other classes, it will* delegate the request to its Parent ClassLoader.**/
public class CCLoader extends ClassLoader {/*** This constructor is used to set the parent ClassLoader*/public CCLoader(ClassLoader parent) {super(parent);}/*** Loads the class from the file system. The class file should be located in* the file system. The name should be relative to get the file location** @param name*            Fully Classified name of class, for example com.journaldev.Foo*/private Class getClass(String name) throws ClassNotFoundException {String file = name.replace('.', File.separatorChar) + ".class";byte[] b = null;try {// This loads the byte code data from the fileb = loadClassFileData(file);// defineClass is inherited from the ClassLoader class// that converts byte array into a Class. defineClass is Final// so we cannot override itClass c = defineClass(name, b, 0, b.length);resolveClass(c);return c;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();return null;}}/*** Every request for a class passes through this method. If the class is in* com.journaldev package, we will use this classloader or else delegate the* request to parent classloader.*** @param name*            Full class name*/@Overridepublic Class loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {System.out.println("Loading Class '" + name + "'");if (name.startsWith("com.journaldev")) {System.out.println("Loading Class using CCLoader");return getClass(name);}return super.loadClass(name);}/*** Reads the file (.class) into a byte array. The file should be* accessible as a resource and make sure that its not in Classpath to avoid* any confusion.** @param name*            File name* @return Byte array read from the file* @throws IOException*             if any exception comes in reading the file*/private byte[] loadClassFileData(String name) throws IOException {InputStream stream = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(name);int size = stream.available();byte buff[] = new byte[size];DataInputStream in = new DataInputStream(stream);in.readFully(buff);in.close();return buff;}
}

CCRun.java：

这是带有主要功能的测试类，我们在其中创建ClassLoader的对象并使用其loadClass方法加载示例类。加载该类后，我们将使用Java Reflection API来调用其方法。

import java.lang.reflect.Method;public class CCRun {public static void main(String args[]) throws Exception {String progClass = args[0];String progArgs[] = new String[args.length - 1];System.arraycopy(args, 1, progArgs, 0, progArgs.length);CCLoader ccl = new CCLoader(CCRun.class.getClassLoader());Class clas = ccl.loadClass(progClass);Class mainArgType[] = { (new String[0]).getClass() };Method main = clas.getMethod("main", mainArgType);Object argsArray[] = { progArgs };main.invoke(null, argsArray);// Below method is used to check that the Foo is getting loaded// by our custom class loader i.e CCLoaderMethod printCL = clas.getMethod("printCL", null);printCL.invoke(null, new Object[0]);}}

Foo.java和Bar.java：

这些是由我们的自定义类加载器加载的测试类。它们还具有一个printCL（）方法，该方法将被调用以打印已加载该类的ClassLoader。 Foo类将由我们的自定义类加载器加载，后者又使用Bar类，因此Bar类也将由我们的自定义类加载器加载。

Foo.java源代码：

package com.journaldev.cl;public class Foo {static public void main(String args[]) throws Exception {System.out.println("Foo Constructor " + args[0] + " " + args[1]);Bar bar = new Bar(args[0], args[1]);bar.printCL();}public static void printCL() {System.out.println("Foo ClassLoader: "+Foo.class.getClassLoader());}
}

Bar.java源代码：

package com.journaldev.cl;public class Bar {public Bar(String a, String b) {System.out.println("Bar Constructor  " + a + " " + b);}public void printCL() {System.out.println("Bar ClassLoader: "+Bar.class.getClassLoader());}
}

执行步骤：

首先，我们将通过命令行编译所有类。之后，我们将通过传递三个参数来运行CCRun类。第一个参数是Foo类的完全分类名称，它将由我们的类加载器加载。其他两个参数将传递给Foo类的主函数和Bar构造函数。输出的执行步骤如下所示。

Pankaj $ javac -cp。 com / journaldev / cl / Foo.java
Pankaj $ javac -cp。 com / journaldev / cl / Bar.java
Pankaj $ javac CCLoader.java
Pankaj $ javac CCRun.java
CCRun.java:18：警告：对最后一个参数使用不精确参数类型的varargs方法的非varargs调用；
转换为java.lang.Class以进行varargs调用
强制转换为java.lang.Class []进行非可变参数调用并禁止显示此警告
方法printCL = clas.getMethod（“ printCL”，null）;
^
1警告
Pankaj $ java CCRun com.journaldev.cl.Foo 1212 1313
正在加载类“ com.journaldev.cl.Foo”
使用CCLoader加载类
加载类“ java.lang.Object”
加载类“ java.lang.String”
加载类“ java.lang.Exception”
加载类“ java.lang.System”
加载类“ java.lang.StringBuilder”
加载类'java.io.PrintStream'
Foo构造函数1212 1313
加载类“ com.journaldev.cl.Bar”
使用CCLoader加载类
酒吧建设者1212 1313
加载类“ java.lang.Class”
栏类加载器：CCLoader @ 71f6f0bf
Foo ClassLoader：CCLoader @ 71f6f0bf
ctk-pcs1313512-2：src pk93229 $

如果仔细查看输出，则首先尝试加载com.journaldev.cl.Foo类，但是由于扩展了java.lang.Object类，因此尝试首先加载它，并请求将其委托给CCLoader loadClass方法它到父类。因此，父类加载器正在加载Object，String和其他Java类。我们的ClassLoader仅从文件系统加载Foo和Bar类，而当我们调用它们的printCL（）函数时，该文件系统将变得很清晰。

请注意，我们可以更改loadClassFileData（）功能以从FTP服务器读取字节数组，或者通过调用任何第三方服务来即时获取类字节数组。

参考： Java面试问题：从我们的JCG合作伙伴Pankaj 了解和扩展Java ClassLoader 。

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