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初探Java类加载机制

程序员文章站 2024-02-22 21:43:01
一、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 classl...
一、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。

  二、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。

  三、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

  四、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