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初探Java类加载机制的奥秘技巧

  在jdk1.2以后,类加载是通过委托来完成的,这意味着如果 ClassLoader 不能找到类,它会请求父代 ClassLoader 来执行此项任务,所有 ClassLoaders 的根是系统 ClassLoader,它会以缺省方式装入类 — 即,从本地文件系统。今天我们就来探讨一下在jvm中这些机制是怎样运行的。让我们假设有一个class字节码文件(比如Hello.class文件),那么在应用程序中,他是如何被加载进来,并形成一个类对象的呢?我们这篇文章的目的就是为了解释这个问题。    在java.lang包里有个ClassLoader类,ClassLoader 的基本目标是对类的请求提供服务。当 JVM 需要使用类时,它根据名称向 ClassLoader 请求这个类,然后 ClassLoader 试图返回一个表示这个类的 Class 对象。通过覆盖对应于这个过程不同阶段的方法,可以创建定制的 ClassLoader。其中有个loadClass(String name, boolean resolve)方法,该方法为ClassLoader的入口点,在jdk1.2以后,loadClass方法将缺省调用findClass方法,详细内容可以参考API文档,我们编写的ClassLoader主要就是为了覆盖以上两个方法。回到我们刚才的问题,怎样读进字节码文件,并把它构成一个类对象呢?在ClassLoader里有个方法,Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len),答案就在这里了,我们根据把class字节码文件(如Hello.class)读进一个字节数组里,byte[] b,并把它转化为Class对象,而这些数据可以来源于文件,网络等,神奇吧:)    defineClass管理 JVM 的许多复杂、神秘和倚赖于实现的方面 — 它把字节码分析成运行时数据结构、校验有效性等等。不必担心,您无需亲自编写它。事实上,即使您想要这么做也不能覆盖它,因为它已被标记成最终的。    其他一些方法:    findSystemClass方法:从本地文件系统装入文件。它在本地文件系统中寻找类文件,如果存在,就使用 defineClass 将原始字节转换成 Class 对象,以将该文件转换成类。    findClass方法:jdk1.2以后loadClass 的缺省实现调用这个新方法。findClass 的用途包含您的 ClassLoader 的所有特殊代码,而无需要复制其它代码(例如,当专门的方法失败时,调用系统 ClassLoader)。    getSystemClassLoader: 如果覆盖 findClass 或 loadClass,getSystemClassLoader 使您能以实际 ClassLoader 对象来访问系统 ClassLoader(而不是固定的从 findSystemClass 调用它)。    getParent:为了将类请求委托给父代 ClassLoader,这个新方法允许 ClassLoader 获取它的父代 ClassLoader。当使用特殊方法,定制的 ClassLoader 不能找到类时,可以使用这种方法。    resolveClass: 可以不完全地(不带解析)装入类,也可以完全地(带解析)装入类。当编写我们自己的 loadClass 时,可以调用 resolveClass,这取决于 loadClass 的 resolve 参数的值。  findLoadedClass:充当一个缓存,当请求 loadClass 装入类时,它调用该方法来查看 ClassLoader 是否已装入这个类,这样可以避免重新装入已存在类所造成的麻烦。应首先调用该方法。    一、工作流程:  1)调用 findLoadedClass(String) 来查看是否存在已装入的类,如果没有,那么采用那种特殊的神奇方式来获取原始字节。    2)通过父类ClassLoader调用loadClass方法,如果父类ClassLoader是null,那么按缺省方式装入类,即系统ClassLoader。    3)调用findClass(String)去查找类并获取类;    4)如果loadClass 的 resolve 参数的值为true,那么调用 resolveClass 解析 Class 对象.    5)如果还没有类,返回 ClassNotFoundException。    6)否则,将类返回给调用程序。    二、一个实现了ClassLoader的例子:  /**  *CompilingClassLoader.java  *Copyright 2005-2-12  */  import java.io.*;    public class CompilingClassLoader extends ClassLoader{  //读取一个文件的内容  private byte[] getBytes(String filename) throws IOException{  File file=new File(filename);  long len=file.length();  byte[] raw=new byte[(int)len];    FileInputStream fin=new FileInputStream(file);    int r=fin.read(raw);  if(r!=len) throw new IOException(“Can’t read all,”+r+”!=”+len);    fin.close();    return raw;  }    private boolean compile(String javaFile) throws IOException{  System.out.println(“CCL:Compiling “+javaFile+”…”);  //调用系统的javac命令  Process p=Runtime.getRuntime().exec(“javac “+javaFile);  try{  //其他线程都等待这个线程完成  p.waitFor();  }catch(InterruptedException ie){  System.out.println(ie);  }  int ret=p.exitValue();    return ret==0;  }    public Class loadClass(String name,boolean resovle) throws ClassNotFoundException{  Class clas=null;    clas=findLoadedClass(name);    //这里说明了包的表示  String fileStub=name.replace(‘.’,’/’);    String javaFilename=fileStub+”.java”;  String classFilename=fileStub+”.class”;    File javaFile=new File(javaFilename);  File classFile=new File(classFilename);    //如果存在class文件就不编译  if(javaFile.exists()&&(!classFile.exists()||javaFile.lastModified()>classFile.lastModified())){  try{  if(!compile(javaFilename)||!classFile.exists()){  throw new ClassNotFoundException(“ClassNotFoundExcetpion:”+javaFilename);  }  }catch(IOException ie){  throw new ClassNotFoundException(ie.toString());  }  }    try{  byte[] raw=getBytes(classFilename);    //通过读入数据来构造一个类结构,这是核心  clas=defineClass(name,raw,0,raw.length);  }catch(IOException ie){  //  }    if(clas==null){  clas=findSystemClass(name);  }    System.out.println(“findSystemClass:”+clas);    if(resovle && clas!=null){  resolveClass(clas);  }    if(clas==null){  throw new ClassNotFoundException(name);  }    return clas;  }  }  测试该loader:  /**  *TestRun.java  *Copyright 2005-2-11  */  import java.lang.reflect.*;    public class TestRun{  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);    CompilingClassLoader ccl=new CompilingClassLoader();    Class clas=ccl.loadClass(progClass);    //返回一个class的type  Class[] mainArgType={(new String[0]).getClass()};  Method main=clas.getMethod(“main”,mainArgType);    Object argsArray[]={progArgs};    main.invoke(null,argsArray);    }  }    以上的核心内容已经编写完了,编译后,我们得到两个文件:    CompilingClassLoader.class,TestRun.class    三、编写一个例子,然后运行我们的ClassLoader  /**  *Hello.java  */  public class Hello{  public static void main(String[] args){  if(args.length!=1){  System.err.println(“Error,exit!”);  System.exit(1);  }  String name=args[0];  System.out.println(“Hello,”+name);  }  }    好了,运行java TestRun Hello 阿飞  ….  ….  ….  Hello,阿飞

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