JavaJava高阶

1.类加载机制

类加载器ClassLoader

  • 负责查找、加载、校验字节码的应用程序
  • java.lang.ClassLoader
    • load(String className) 根据名字加载一个类，返回类的实例
    • defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 将一个字节流定义一个类
    • findClass(String name) 查找一个类
    • findLoadedClass(String name) 在已加载的类中，查找一个类
    • 成员变量 ClassLoader parent

JVM四级类加载器

  • 启动类加载器(Bootstrap)，系统类rt.jar
  • 扩展类加载器(Extension)，jre/lib/ext
  • 应用类加载器(App)，classpath
  • 用户自定义加载器(Plugin)，程序自定义

类加载器双亲委托

  • 首先判断是否已经加载
  • 若无，找父加载器加载
  • 若再无，由当前加载器加载

2.双亲委托加载扩展

  • Java严格执行双亲委托机制
    • 类会由最顶层的加载器来加载，如没有，才由下级加载器加载
    • 委托是单向的，确保上层核心的类的正确性
    • 但是上级类加载器所加载的类，无法访问下级类加载器所加载的类
      • 例如，java.lang.String 无法访问自定义的一个Test类
      • Java是一个遵循契约设计的程序语言，核心类库提供接口，应用层提供实现
      • 核心类库是BootstrapClassLoader加载
      • 应用层是AppClassLoader加载
      • 典型例子是JDBC和XML Parser等

双亲委托的补充

  • 执行Java，添加虚拟机参数-Xbootclasspath/a:path，将类路径配置为Bootstrap等级
  • 使用ServiceLoader.load方法，来加载(底层加载器所加载的类)

ServiceLoader

  • JDK 6引入的一种新特性，是用于加载服务的一种工具
  • 服务有接口定义和具体的实现类(服务提供者)
  • SPI机制，Service Provider Interface
  • 一个服务提供者会在jar包中有META-INF/services目录，里面放一个文件，名字同接口名字。内容的每一行都是接口的一个实现类
  • load方法，可以用当前线程的类加载器来获取某接口的所有实现，当然也都是转为接口类来使用
  • 注意：此服务和Java 9模块系统的服务略有差别，但是都能通过ServiceLoader进行加载

3.自定义类加载路径

自定义类加载器

  • 自定义加载路径
    • 弥补类搜索路径静态的不足
    • URLClassLoader, 从多个URL(jar或者目录)中加载类
  • 自定义类加载器
    • 继承ClassLoader类
    • 重写findClass(String className)方法

自定义加载路径

  • 弥补类搜索路径静态的不足
  • 前3个加载的路径都是运行前确定的
  • Java提供URLClassLoader
    • 程序运行时修改类的加载路径
    • 可从多个来源中加载类

URLClassLoader

  • 继承于ClassLoader
  • 程序运行时增加新的类加载路径
  • 可从多个来源中加载类
    • 目录
    • jar包
    • 网络
  • addURL添加路径
  • close方法关闭
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//URL支持http, https, file, jar 四种协议
URL url = new URL("file:E:/java/source/PMOOC11-03-First/bin/");
//URL url = new URL("file:C:/Users/Tom/Desktop/PMOOC11-03-First.jar");

//程序运行时，添加一个classpath路径
URLClassLoader loader = new URLClassLoader(new URL[]{url});
Class<?> c = loader.loadClass("edu.ecnu.Hello");

//采用反射调用
Method m = c.getMethod("say");
m.invoke(c.newInstance());

4.自定义类加载器

  • 继承ClassLoader类
  • 重写findClass(String className)方法
  • 使用时，默认先调用loadClass(className)来查看是否已经加载过，然后委托双亲加载，如果都没有，再通过findClass加载返回
    • 在findClass中，首先读取字节码文件
    • 然后，调用defineClass(className, bytes, off, len) 将类注册到虚拟机中
    • 可以重写loadClass方法来突破双亲加载
  • 同一个类可以被不同层级的加载器加载，且作为2个类对待
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class CryptoClassLoader extends ClassLoader 
{
   private int key = 3; 
   
   public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
   {
      try
      {
         byte[] classBytes = null;
         //读取Hello.caesar文件，得到所有字节流
         classBytes = loadClassBytes(name);
         //调用defineClass方法产生一个类，并在VM中注册
         Class<?> cl = defineClass(name, classBytes, 0, classBytes.length);
         if (cl == null) throw new ClassNotFoundException(name);
         return cl;
      }
      catch (IOException e)
      {
         throw new ClassNotFoundException(name);
      }
   }

   /**
    * Loads and decrypt the class file bytes.
    * @param name the class name
    * @return an array with the class file bytes
    */
   private byte[] loadClassBytes(String name) throws IOException
   {
      String cname = "E:/java/source/PMOOC11-04/bin/edu/ecnu/Hello.caesar";
      byte[] bytes = Files.readAllBytes(Paths.get(cname));
      for (int i = 0; i < bytes.length; i++)
         bytes[i] = (byte) (bytes[i] - key);
      return bytes;
   }
}