了解和擴展Java ClassLoader

Java ClassLoader是項目開發中Java的關鍵但很少使用的組件之一。就我個人而言，我從未在任何項目中擴展ClassLoader，但是擁有自己的可以自定義Java類加載的ClassLoader的想法讓我感到很興奮。

本文將概述Java類加載，然后繼續創建自定義ClassLoader并使用它。

什么是ClassLoader？

我們知道Java程序在Java虛擬機（JVM）上運行。當我們編譯Java類時，它會以字節碼的形式將其轉換為平臺和機器無關的已編譯程序，并將其存儲為.class文件。之后，當我們嘗試使用類時，Java ClassLoader將該類加載到內存中。

Java中內置了三種類型的內置類加載器：

Bootstrap類加載器 –它加載JDK內部類，通常加載rt.jar和其他核心類，例如java.lang。*包類
擴展類加載器 –它從JDK擴展目錄（通常為$ JAVA_HOME / lib / ext目錄）中加載類。
系統類加載器 –它從當前類路徑加載類，這些類可以在使用-cp或-classpath命令行選項調用程序時進行設置。

讓我們通過執行以下java程序更好地理解這一點：

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());}}

上面程序的輸出：

HashMap的類加載器：null
DNSNameService的類加載器：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@51f12c4e
此類的類加載器：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@799134f4
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@799134f4

如您所見，java.util.HashMap ClassLoader作為null來反映Bootstrap ClassLoader，而DNSNameService ClassLoader是ExtClassLoader。由于類本身位于CLASSPATH中，因此System ClassLoader會加載它。

當我們嘗試加載HashMap時，我們的System ClassLoader將其委托給Extension ClassLoader，后者再將其委托給找到該類的Bootstrap ClassLoader并將其加載到JVM中。 DNSNameService類遵循相同的過程，但是Bootstrap ClassLoader無法定位它，因為它位于$ JAVA_HOME / lib / ext / dnsns.jar中，因此由擴展類加載器加載。

還有一點要注意的是，子類加載器加載的類可以查看其父類加載器加載的類。因此，由System ClassLoader加載的類具有對Extensions和Bootstrap ClassLoader加載的類的可見性。

如果有同級類加載器，則它們將無法訪問彼此加載的類。

為什么要編寫ClassLoader？

Java默認的ClassLoader可以從本地文件系統中加載文件，這在大多數情況下已經足夠了。但是，如果在加載類時希望在運行時或從FTP服務器或通過第三方Web服務獲取類，則必須擴展現有的類加載器。例如，AppletViewers從遠程Web服務器加載類。

ClassLoader如何工作？

當JVM請求一個類時，它通過傳遞類的完全分類名稱來調用ClassLoader的loadClass函數。

loadClass函數調用findLoadedClass（）方法來檢查該類是否已加載。需要避免多次加載該類。

如果尚未加載該類，則它將把請求委派給父ClassLoader以加載該類。

如果父ClassLoader找不到該Class，則它將調用findClass（）方法在文件系統中查找這些類。

創建我們自己的ClassLoader

我們將通過擴展ClassLoader類并覆蓋loadClass（String name）函數來創建自己的ClassLoader。如果名稱以com.journaldev（即我們的示例類包）開頭，則將使用我們自己的類加載器加載它，否則我們將調用父ClassLoader loadClass（）方法加載該類。

項目結構如下圖所示：

CCLoader.java：這是我們的自定義類加載器，具有以下方法。

1. 專用字節[] loadClassFileData（字符串名稱）

此方法將從文件系統讀取類文件到字節數組。

2. 私有類getClass（String name）

此方法將調用loadClassFileData（）函數，并通過調用父defineClass（）方法，它將生成Class并返回它。

3. public Class loadClass（字符串名稱）

此方法負責加載Class。如果類名以com.journaldev（我們的示例類）開頭，則它將使用getClass（）方法加載它，否則它將調用父loadClass函數來加載它。

4. public CCLoader（ClassLoader的父對象）

這是負責設置父ClassLoader的構造函數。

CCLoader源代碼：

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：

這是帶有主要功能的測試類，我們在其中創建ClassLoader的對象并使用其loadClass方法加載示例類。加載該類后，我們將使用Java Reflection API來調用其方法。

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：

這些是由我們的自定義類加載器加載的測試類。它們還具有一個printCL（）方法，該方法將被調用以打印已加載該類的ClassLoader。 Foo類將由我們的自定義類加載器加載，后者又使用Bar類，因此Bar類也將由我們的自定義類加載器加載。

Foo.java源代碼：

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源代碼：

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());}
}

執行步驟：

首先，我們將通過命令行編譯所有類。之后，我們將通過傳遞三個參數來運行CCRun類。第一個參數是Foo類的完全分類名稱，它將由我們的類加載器加載。其他兩個參數將傳遞給Foo類的主函數和Bar構造函數。輸出的執行步驟如下所示。

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：對最后一個參數使用不精確參數類型的varargs方法的非varargs調用；
轉換為java.lang.Class以進行varargs調用
強制轉換為java.lang.Class []進行非可變參數調用并禁止顯示此警告
方法printCL = clas.getMethod（“ printCL”，null）;
^
1警告
Pankaj $ java CCRun com.journaldev.cl.Foo 1212 1313
正在加載類“ com.journaldev.cl.Foo”
使用CCLoader加載類
加載類“ java.lang.Object”
加載類“ java.lang.String”
加載類“ java.lang.Exception”
加載類“ java.lang.System”
加載類“ java.lang.StringBuilder”
加載類'java.io.PrintStream'
Foo構造函數1212 1313
加載類“ com.journaldev.cl.Bar”
使用CCLoader加載類
酒吧建設者1212 1313
加載類“ java.lang.Class”
欄類加載器：CCLoader @ 71f6f0bf
Foo ClassLoader：CCLoader @ 71f6f0bf
ctk-pcs1313512-2：src pk93229 $

如果仔細查看輸出，則首先嘗試加載com.journaldev.cl.Foo類，但是由于擴展了java.lang.Object類，因此嘗試首先加載它，并請求將其委托給CCLoader loadClass方法它到父類。因此，父類加載器正在加載Object，String和其他Java類。我們的ClassLoader僅從文件系統加載Foo和Bar類，而當我們調用它們的printCL（）函數時，該文件系統將變得很清晰。

請注意，我們可以更改loadClassFileData（）功能以從FTP服務器讀取字節數組，或者通過調用任何第三方服務來即時獲取類字節數組。

參考： Java面試問題：從我們的JCG合作伙伴Pankaj 了解和擴展Java ClassLoader 。

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