重拾Java之路-类加载_在本地项目中重新实现与核心项目中的同名类,优先加载本地类,不加载核心类-优快云博客

本文详细介绍了Java类加载机制，包括加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段。讲解了双亲委派模型的优势，如避免类的重复加载和保证核心API的安全性。此外，还探讨了类加载器的分类，如启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。最后，通过一个自定义类加载器的示例展示了如何打破双亲委派模型，并讨论了自定义类加载器的应用场景，如Tomcat的类隔离和加密代码加载。

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类加载机制

定义

Java虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的加载机制。

类加载过程

类加载的过程
类加载过程主要分为三个部分：

加载；
链接；
初始化；

其中链接可以细分为 验证、准备和解析 三个部分。

需要注意的是，这几个阶段是按顺序开始，但不一定是顺序进行或完成的，一般是相互交叉混合进行的（解析阶段在某些情况下于初始化之后开始，为了支持Java语言的运行时绑定）

引申

绑定：把一个方法的调用与方法所在的类关联起来，分为静态绑定与动态绑定：

静态绑定：程序执行前已经被绑定。java当中的方法只有final，static，private和构造方法是前期绑定的。动态绑定也叫运行时绑定，几乎所有方法都是后期绑定的。

加载

定义：将类的 .class文件 中的二进制数据 读入到内存 中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆中创建一个Class对象，用于封装类在方法区的数据结构，并向程序员提供访问方法区内的数据结构接口。

验证

目的：确保.class文件中的字节流包含的信息符合虚拟机要求，一般包括四个阶段的验证：

文件格式验证：保证字节流能正确解析并存储于方法区内。后面的都是基于方法区的存储结构进行。
元数据验证：对类中各种数据类型进行语法校验。
字节码验证：进行数据流与控制流分析，对类方法体进行校验分析；
符号引用验证：对类自身以外的信息进行校验（访问性校验）。

准备

正式为静态变量分配内存并设置默认值。（针对的是类变量，并不包括实例变量，注意默认值与初始值区别）

解析

目的：将运行时常量池中的符号引用替换为直接引用。

符号引用：即一个字符串，给出了唯一识别一个方法，一个类，一个变量的信息。引用的目标不一定在内存中；

直接引用：一个内存地址（类方法，类变量）或者是一个偏移量（实例方法，实例变量）。如果存在直接引用，则引用的目标一定存在于内存中。

初始化

开始执行类中定义的Java代码，为类的静态变量赋予正确的初始值。

因此，可以得到：

类初始化方法一般在类初始化时执行；
对象初始化方法一般在实例化类对象的时候执行。

类加载器

双亲委派模型

在这里插入图片描述
工作机制：如果一个类加载器收到类的加载请求，它并不会自己去加载，而是把请求委托给父类的加载器执行，如果还存在父类，则继续递归向上委托；如果父类无法完成加载任务，子加载器才会自己尝试去加载。

优势

使得Java类随着其类加载器一起具有了优先级的层次关系，避免类的重复加载引起的程序混乱；
在与核心类重名的情况下优先选择核心类，由于只需要加载一次，在收到与核心API库重名的类时直接返回原始加载的核心API，防止核心API库被随意篡改。

JVM两个class对象是否为同一个类对象的必要条件

类的完整类名必须一致，包括包名；
加载类的ClassLoader实例对象必须相同。

自定义类加载器

自定义类加载器，只需要继承ClassLoader抽象类或者URLClassLoader类，并重写findClass方法。（如果要打破双亲委派模型，则需要重写loadClass方法）

// 自定义类加载器
public class CustomClassLoader  extends ClassLoader{
    private String classPath;

    public CustomClassLoader(String classPath){
        this.classPath = classPath;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte[] data = loadByte(name);
          
            return defineClass(name, data, 0, data.length);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
            throw new ClassNotFoundException();
        }
    }

    /**
     * 用于获取.class 的字节流
     * @param name
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private byte[] loadByte(String name) throws Exception{
        name = name.replaceAll("\\.","/");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath+ "/"+ name + ".class");

        int len = fis.available();
        byte[] data = new byte[len];

        fis.read(data);
        fis.close();

        return data;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 自定义加载的位置，使用自定义类加载器加载
        CustomClassLoader loader = new CustomClassLoader("G:/tmp");
        // 注意包名带来的影响
        Class clazz = Class.forName("Car", true, loader);
        Object o = clazz.newInstance();

        Method m = clazz.getMethod("Print",null);
        m.invoke(o, null);
    }
}

// 注意该文件的位置在G:/tmp目录下
public class Car {

    public Car() {
        System.out.println("Car:" + getClass().getClassLoader());
        System.out.println("Car Parent:" + getClass().getClassLoader().getParent());
    }

    public String print() {
        System.out.println("Car:print()");
        return "carPrint";
    }
 }

在使用自定义类加载器之前，先使用javac命令获取Car.class文件（位置也是G:/tmp目录下），再使用自定义类加载器对得到的Car.class文件进行加载。

应用

Tomcat自定义类加载器：
自定义类加载器，以便对应用的不同版本类库进行隔离，相同版本进行共享；同时，对应用的类库与容器的类库进行隔离。
对于非.class文件，需要转化为Java类时，就需要自定义类加载器。（JSP文件）
对Java核心代码加密：
对.class文件加密，在自定义类加载器中完成解密；