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初探Java類加載機(jī)制

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一、在jdk1.2以后,類加載是通過委托來完成的,這意味著如果 ClassLoader 不能找到類,它會(huì)請(qǐng)求父代 ClassLoader 來執(zhí)行此項(xiàng)任務(wù),所有 ClassLoaders 的根是系統(tǒng) ClassLoader,它會(huì)以缺省方式裝入類 -- 即,從本地文件系統(tǒng)。今天我們就來探討一下在jvm中這些機(jī)制是怎樣運(yùn)行的。讓我們假設(shè)有一個(gè)class字節(jié)碼文件(比如Hello.class文件),那么在應(yīng)用程序中,他是如何被加載進(jìn)來,并形成一個(gè)類對(duì)象的呢?我們這篇文章的目的就是為了解釋這個(gè)問題。

  在java.lang包里有個(gè)ClassLoader類,ClassLoader 的基本目標(biāo)是對(duì)類的請(qǐng)求提供服務(wù)。當(dāng) JVM 需要使用類時(shí),它根據(jù)名稱向 ClassLoader 請(qǐng)求這個(gè)類,然后 ClassLoader 試圖返回一個(gè)表示這個(gè)類的 Class 對(duì)象。通過覆蓋對(duì)應(yīng)于這個(gè)過程不同階段的方法,可以創(chuàng)建定制的 ClassLoader。其中有個(gè)loadClass(String name, boolean resolve)方法,該方法為ClassLoader的入口點(diǎn),在jdk1.2以后,loadClass方法將缺省調(diào)用findClass方法,詳細(xì)內(nèi)容可以參考API文檔,我們編寫的ClassLoader主要就是為了覆蓋以上兩個(gè)方法。回到我們剛才的問題,怎樣讀進(jìn)字節(jié)碼文件,并把它構(gòu)成一個(gè)類對(duì)象呢?在ClassLoader里有個(gè)方法,Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len),答案就在這里了,我們根據(jù)把class字節(jié)碼文件(如Hello.class)讀進(jìn)一個(gè)字節(jié)數(shù)組里,byte[] b,并把它轉(zhuǎn)化為Class對(duì)象,而這些數(shù)據(jù)可以來源于文件,網(wǎng)絡(luò)等,神奇吧:)

  defineClass管理 JVM 的許多復(fù)雜、神秘和倚賴于實(shí)現(xiàn)的方面 -- 它把字節(jié)碼分析成運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、校驗(yàn)有效性等等。不必?fù)?dān)心,您無(wú)需親自編寫它。事實(shí)上,即使您想要這么做也不能覆蓋它,因?yàn)樗驯粯?biāo)記成最終的。

  其他一些方法:

  findSystemClass方法:從本地文件系統(tǒng)裝入文件。它在本地文件系統(tǒng)中尋找類文件,如果存在,就使用 defineClass 將原始字節(jié)轉(zhuǎn)換成 Class 對(duì)象,以將該文件轉(zhuǎn)換成類。

  findClass方法:jdk1.2以后loadClass 的缺省實(shí)現(xiàn)調(diào)用這個(gè)新方法。findClass 的用途包含您的 ClassLoader 的所有特殊代碼,而無(wú)需要復(fù)制其它代碼(例如,當(dāng)專門的方法失敗時(shí),調(diào)用系統(tǒng) ClassLoader)。

  getSystemClassLoader: 如果覆蓋 findClass 或 loadClass,getSystemClassLoader 使您能以實(shí)際 ClassLoader 對(duì)象來訪問系統(tǒng) ClassLoader(而不是固定的從 findSystemClass 調(diào)用它)。

  getParent:為了將類請(qǐng)求委托給父代 ClassLoader,這個(gè)新方法允許 ClassLoader 獲取它的父代 ClassLoader。當(dāng)使用特殊方法,定制的 ClassLoader 不能找到類時(shí),可以使用這種方法。

  resolveClass: 可以不完全地(不帶解析)裝入類,也可以完全地(帶解析)裝入類。當(dāng)編寫我們自己的 loadClass 時(shí),可以調(diào)用 resolveClass,這取決于 loadClass 的 resolve 參數(shù)的值。
  findLoadedClass:充當(dāng)一個(gè)緩存,當(dāng)請(qǐng)求 loadClass 裝入類時(shí),它調(diào)用該方法來查看 ClassLoader 是否已裝入這個(gè)類,這樣可以避免重新裝入已存在類所造成的麻煩。應(yīng)首先調(diào)用該方法。

  二、工作流程:

  1)調(diào)用 findLoadedClass(String) 來查看是否存在已裝入的類,如果沒有,那么采用那種特殊的神奇方式來獲取原始字節(jié)。

  2)通過父類ClassLoader調(diào)用loadClass方法,如果父類ClassLoader是null,那么按缺省方式裝入類,即系統(tǒng)ClassLoader。

  3)調(diào)用findClass(String)去查找類并獲取類;

  4)如果loadClass 的 resolve 參數(shù)的值為true,那么調(diào)用 resolveClass 解析 Class 對(duì)象.

  5)如果還沒有類,返回 ClassNotFoundException。

  6)否則,將類返回給調(diào)用程序。

  三、一個(gè)實(shí)現(xiàn)了ClassLoader的例子:

  /**
  *CompilingClassLoader.java
  *Copyright 2005-2-12
  */
  import java.io.*;

  public class CompilingClassLoader extends ClassLoader{
  //讀取一個(gè)文件的內(nèi)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+"...");
  //調(diào)用系統(tǒng)的javac命令
  Process p=Runtime.getRuntime().exec("javac "+javaFile);
  try{
  //其他線程都等待這個(gè)線程完成
  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);

  //這里說明了包的表示
  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文件就不編譯
  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);

  //通過讀入數(shù)據(jù)來構(gòu)造一個(gè)類結(jié)構(gòu),這是核心
  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;
  }
  }
  測(cè)試該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);

  //返回一個(gè)class的type
  Class[] mainArgType={(new String[0]).getClass()};
  Method main=clas.getMethod("main",mainArgType);

  Object argsArray[]={progArgs};

  main.invoke(null,argsArray);

  }
  }

  以上的核心內(nèi)容已經(jīng)編寫完了,編譯后,我們得到兩個(gè)文件:

  CompilingClassLoader.class,TestRun.class

  四、編寫一個(gè)例子,然后運(yùn)行我們的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,運(yùn)行java TestRun Hello 阿飛

  ....
  ....
  ....
  Hello,阿飛
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