Java 类加载器学习-飞

 

前言

类加载器属于JVM的一个重要知识点，也是Java安全里命令执行、webshell管理器编写的常用技术。

类加载器简介

我们知道java源文件在运行前会被编译为class类文件，存放着编译后JVM虚拟机指令的二进制字节流。当使用某类时，JVM就会加载它并在内存中创建对应的class对象。该过程称为类的加载。

类加载过程

过程如下：

image.png加载阶段
通过一个类的完全限定名称来查找该类的字节码文件，并利用字节码文件来创建一个Class对象。链接阶段
负责把类的二进制数据合并到JRE中。
又可以分为以下三个阶段：
1、验证阶段
用来确保Class文件中包含的字节流信息符合当前Java虚拟机的要求。
2、准备阶段
为static修饰的静态类变量分配内存，并将其设置为默认值；
不会分配并初始化用 final 修饰符修饰的 static 变量，因为该类变量在编译时就会被分配到内存空间；
不会分配并初始化实例变量，因为实例变量会随对象一起分配到 Java 堆中，而不是 Java 方法区；
3、解析阶段
将类的二进制数据中的符号引用转换为直接引用。初始化阶段
类加载的最后阶段，若该类具有父类，则先对父类进行初始化，执行静态变量赋值和静态代码块代码，成员变量也将被初始化。类加载器

类加载器可以分为两种：
一种是Java虚拟机自带的类加载器，分别为启动类加载器、扩展类加载器、系统类加载器。

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

底层由C/C++ 实现，不继承java.lang.ClassLoader类，不存在父类加载器；

public static void main(String[] args) {    ClassLoader c1 = Object.class.getClassLoader();    System.out.println(c1); // 加载器打印出来的结果是null}

负责加载%JAVA_HOME%/jre/lib目录下的核心类库，比如 rt.jar、charsets.jar 等；负责加载 %JAVA_HOME%/jre/classes 中的类；

扩展类加载器（Extensions ClassLoader）

加载 Java 的扩展列库，默认加载 %JAVA_HOME%/jre/lib/ext扩展目录中的类库或由 java.ext.dirs系统变量指定的目录下的类库；系统类加载器的父类是扩展类加载器，扩展类加载器的父类是启动类加载器；

系统类加载器（App ClassLoader）

负责加载ClassPath环境变量下或者系统属性java.class.path的所有类库，主要是加载开发人员编写的类库；Java 程序默认的类加载器；是用户自定义的任何类加载器的默认父类加载器；

一种是用户自定义的类加载器，是java.lang.ClassLoader子类实例。
加载用户自定义路径下的类包，通过继承java.lang.ClassLoader类的方式来实现。即父类为系统类加载器。

双亲委派机制

通过上面学习，我们知道了JVM默认有三种类加载器。除了根类加载器之外，其他的类加载器都需要有自己的父加载器。
那在加载class字节码文件时到底哪个类加载器会去加载呢？这实际上就是"双亲委派机制"。

image.png

当一个类加载器需要加载类时，先去判断该类是否已经被加载，如果已加载则直接返回，如果没有被加载，就向上委托父类加载器。父类加载器也会重复同样的操作，直到"启动类加载器"。确定类未被加载，启动类加载器首先会去对应的目录下%JAVA_HOME%jre/lib/搜索该类。如果找到就加载，如果没有找到就去子类加载器重复同样的操作，去对应的目录下查找该类。最后到用户自定义的类加载器，如果还没有找到就抛出ClassNotFoundException异常退出。

自定义类加载器

下面来看一看java.lang.ClassLoader.class中的几个核心方法。
loadClass(String name, boolean resolve)
也是双亲委托模式的代码实现。
该方法会先调用findLoadedClass(String)来检查类是否已经加载过；
接着递归调用父类加载器，如果父类加载器不为null，则调用父类加载器的的loadClass()方法来寻找该类并加载，如果父类加载器为null，则说明到了引导类加载器；
如果父类加载器均找不到这个类，则调用自定义的findClass()方法寻找并加载该类；
最后根据resolve值选择是否对 Class 进行动态链接操作。

image.png

defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)
该方法主要将类的字节流转换为java.lang.Class实例对象。

String name  表示二进制形式的类名byte[] b  表示类的字节流，字节流可以来自Class文件，也可以来自网络或其他途径int off   表示类的字节流的起始偏移量int len   表示类的字节流的大小

findClass(String name)
该方法用来查找一个类，在自定义类加载器时，一般我们需要重写这个方法。以此来获取要加载类的字节码，然后调用defineClass()方法生成Class对象。

所以想自定义实现类加载器，必须满足：
1、继承java.lang.ClassLoader.class类
2、重写findClass()方法

过程
下面尝试编写一个Test类

public class Test  {    public String Demo1(){       return "hello cseroad";    }}

将该类进行编译生成class字节码文件。
再编写一个方法获取该class字节码二进制文件的byte数组。

import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.File;import java.io.FileInputStream;import java.util.Arrays;/** * @author cseroad */public class Demo {    public static byte[] getBytesByFile(String pathStr) {        File file = new File(pathStr);        try {            FileInputStream in = new FileInputStream(file);            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();            byte[] buf = new byte[1024];            int len = -1;            while ((len = in.read(buf)) != -1) {                baos.write(buf, 0, len);            }            byte[] data = baos.toByteArray(); // 读取到的字节码的二进制数据            in.close();            baos.close();            return data;        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }        return null;    }    public static void main(String[] args) {        Demo demo = new Demo();        byte[] bytesByFile = demo.getBytesByFile("/Users/cseroad/IdeaProjects/Project_Java/out/production/Java_study/com/atguigu/test/Test.class");        System.out.


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