Class.forName(String name)方法，到底会触发那个类加载器进行类加载行为？

Posted 2020-08-09 THISISPAN

4.2 在代码中直接调用Class.forName(String name)方法，到底会触发那个类加载器进行类加载行为？

 

 

　　Class.forName(String name)默认会使用调用类的类加载器来进行类加载。我们直接来分析一下对应的jdk的代码：

[java] view plain copy

 

 

1. //java.lang.Class.java  
2. publicstatic Class<?> forName(String className) throws ClassNotFoundException {  
3.     return forName0(className, true, ClassLoader.getCallerClassLoader());  
4. }  
5.   
6. //java.lang.ClassLoader.java  
7. // Returns the invoker‘s class loader, or null if none.  
8. static ClassLoader getCallerClassLoader() {  
9.     // 获取调用类（caller）的类型  
10.     Class caller = Reflection.getCallerClass(3);  
11.     // This can be null if the VM is requesting it  
12.     if (caller == null) {  
13.         return null;  
14.     }  
15.     // 调用java.lang.Class中本地方法获取加载该调用类（caller）的ClassLoader  
16.     return caller.getClassLoader0();  
17. }  
18.   
19. //java.lang.Class.java  
20. //虚拟机本地实现，获取当前类的类加载器，前面介绍的Class的getClassLoader()也使用此方法  
21. native ClassLoader getClassLoader0();  

5 开发自己的类加载器

 

 

　　在前面介绍类加载器的代理委派模式的时候，提到过类加载器会首先代理给其它类加载器来尝试加载某个类。这就意味着真正完成类的加载工作的类加载器和启动这个加载过程的类加载器，有可能不是同一个。真正完成类的加载工作是通过调用defineClass来实现的；而启动类的加载过程是通过调用loadClass来实现的。前者称为一个类的定义加载器（defining loader），后者称为初始加载器（initiating loader）。在Java虚拟机判断两个类是否相同的时候，使用的是类的定义加载器。也就是说，哪个类加载器启动类的加载过程并不重要，重要的是最终定义这个类的加载器。两种类加载器的关联之处在于：一个类的定义加载器是它引用的其它类的初始加载器。如类 com.example.Outer引用了类 com.example.Inner，则由类 com.example.Outer的定义加载器负责启动类 com.example.Inner的加载过程。
　　方法 loadClass()抛出的是 java.lang.ClassNotFoundException异常；方法 defineClass()抛出的是 java.lang.NoClassDefFoundError异常。
　　类加载器在成功加载某个类之后，会把得到的 java.lang.Class类的实例缓存起来。下次再请求加载该类的时候，类加载器会直接使用缓存的类的实例，而不会尝试再次加载。也就是说，对于一个类加载器实例来说，相同全名的类只加载一次，即 loadClass方法不会被重复调用。

　　在绝大多数情况下，系统默认提供的类加载器实现已经可以满足需求。但是在某些情况下，您还是需要为应用开发出自己的类加载器。比如您的应用通过网络来传输Java类的字节代码，为了保证安全性，这些字节代码经过了加密处理。这个时候您就需要自己的类加载器来从某个网络地址上读取加密后的字节代码，接着进行解密和验证，最后定义出要在Java虚拟机中运行的类来。下面将通过两个具体的实例来说明类加载器的开发。

 

5.1 文件系统类加载器

 

 

　　第一个类加载器用来加载存储在文件系统上的Java字节代码。完整的实现如下所示。

 

[java] view plain copy

 

 

1. package classloader;  
2.   
3. import java.io.ByteArrayOutputStream;  
4. import java.io.File;  
5. import java.io.FileInputStream;  
6. import java.io.IOException;  
7. import java.io.InputStream;  
8.   
9. // 文件系统类加载器  
10. public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader {  
11.   
12.     private String rootDir;  
13.   
14.     public FileSystemClassLoader(String rootDir) {  
15.         this.rootDir = rootDir;  
16.     }  
17.   
18.     // 获取类的字节码  
19.     @Override  
20.     protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
21.         byte[] classData = getClassData(name);  // 获取类的字节数组  
22.         if (classData == null) {  
23.             throw new ClassNotFoundException();  
24.         } else {  
25.             return defineClass(name, classData, 0, classData.length);  
26.         }  
27.     }  
28.   
29.     private byte[] getClassData(String className) {  
30.         // 读取类文件的字节  
31.         String path = classNameToPath(className);  
32.         try {  
33.             InputStream ins = new FileInputStream(path);  
34.             ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
35.             int bufferSize = 4096;  
36.             byte[] buffer = new byte[bufferSize];  
37.             int bytesNumRead = 0;  
38.             // 读取类文件的字节码  
39.             while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) {  
40.                 baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);  
41.             }  
42.             return baos.toByteArray();  
43.         } catch (IOException e) {  
44.             e.printStackTrace();  
45.         }  
46.         return null;  
47.     }  
48.   
49.     private String classNameToPath(String className) {  
50.         // 得到类文件的完全路径  
51.         return rootDir + File.separatorChar  
52.                 + className.replace(‘.‘, File.separatorChar) + ".class";  
53.     }  
54. }  

　　如上所示，类 FileSystemClassLoader继承自类java.lang.ClassLoader。在java.lang.ClassLoader类的常用方法中，一般来说，自己开发的类加载器只需要覆写 findClass(String name)方法即可。java.lang.ClassLoader类的方法loadClass()封装了前面提到的代理模式的实现。该方法会首先调用findLoadedClass()方法来检查该类是否已经被加载过；如果没有加载过的话，会调用父类加载器的loadClass()方法来尝试加载该类；如果父类加载器无法加载该类的话，就调用findClass()方法来查找该类。因此，为了保证类加载器都正确实现代理模式，在开发自己的类加载器时，最好不要覆写 loadClass()方法，而是覆写 findClass()方法。
　　类 FileSystemClassLoader的 findClass()方法首先根据类的全名在硬盘上查找类的字节代码文件（.class 文件），然后读取该文件内容，最后通过defineClass()方法来把这些字节代码转换成 java.lang.Class类的实例。

 

　　加载本地文件系统上的类，示例如下：

 

[java] view plain copy

 

 

1. package com.example;  
2.   
3. public class Sample {  
4.   
5.     private Sample instance;  
6.   
7.     public void setSample(Object instance) {  
8.         System.out.println(instance.toString());  
9.         this.instance = (Sample) instance;  
10.     }  
11. }  

[java] view plain copy

 

 

1. package classloader;  
2.   
3. import java.lang.reflect.Method;  
4.   
5. public class ClassIdentity {  
6.   
7.     public static void main(String[] args) {  
8.         new ClassIdentity().testClassIdentity();  
9.     }  
10.   
11.     public void testClassIdentity() {  
12.         String classDataRootPath = "C:\\Users\\JackZhou\\Documents\\NetBeansProjects\\classloader\\build\\classes";  
13.         FileSystemClassLoader fscl1 = new FileSystemClassLoader(classDataRootPath);  
14.         FileSystemClassLoader fscl2 = new FileSystemClassLoader(classDataRootPath);  
15.         String className = "com.example.Sample";  
16.         try {  
17.             Class<?> class1 = fscl1.loadClass(className);  // 加载Sample类  
18.             Object obj1 = class1.newInstance();  // 创建对象  
19.             Class<?> class2 = fscl2.loadClass(className);  
20.             Object obj2 = class2.newInstance();  
21.             Method setSampleMethod = class1.getMethod("setSample", java.lang.Object.class);  
22.             setSampleMethod.invoke(obj1, obj2);  
23.         } catch (Exception e) {  
24.             e.printStackTrace();  
25.         }  
26.     }  
27. }  

　　运行输出：[email protected]

 

 

5.2 网络类加载器

　　下面将通过一个网络类加载器来说明如何通过类加载器来实现组件的动态更新。即基本的场景是：Java 字节代码（.class）文件存放在服务器上，客户端通过网络的方式获取字节代码并执行。当有版本更新的时候，只需要替换掉服务器上保存的文件即可。通过类加载器可以比较简单的实现这种需求。
　　类 NetworkClassLoader负责通过网络下载Java类字节代码并定义出Java类。它的实现与FileSystemClassLoader类似。

 

[java] view plain copy

 

 

1. package classloader;  
2.   
3. import java.io.ByteArrayOutputStream;  
4. import java.io.InputStream;  
5. import java.net.URL;  
6.   
7. public class NetworkClassLoader extends ClassLoader {  
8.   
9.     private String rootUrl;  
10.   
11.     public NetworkClassLoader(String rootUrl) {  
12.         // 指定URL  
13.         this.rootUrl = rootUrl;  
14.     }  
15.   
16.     // 获取类的字节码  
17.     @Override  
18.     protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
19.         byte[] classData = getClassData(name);  
20.         if (classData == null) {  
21.             throw new ClassNotFoundException();  
22.         } else {  
23.             return defineClass(name, classData, 0, classData.length);  
24.         }  
25.     }  
26.   
27.     private byte[] getClassData(String className) {  
28.         // 从网络上读取的类的字节  
29.         String path = classNameToPath(className);  
30.         try {  
31.             URL url = new URL(path);  
32.             InputStream ins = url.openStream();  
33.             ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
34.             int bufferSize = 4096;  
35.             byte[] buffer = new byte[bufferSize];  
36.             int bytesNumRead = 0;  
37.             // 读取类文件的字节  
38.             while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) {  
39.                 baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);  
40.             }  
41.             return baos.toByteArray();  
42.         } catch (Exception e) {  
43.             e.printStackTrace();  
44.         }  
45.         return null;  
46.     }  
47.   
48.     private String classNameToPath(String className) {  
49.         // 得到类文件的URL  
50.         return rootUrl + "/"  
51.                 + className.replace(‘.‘, ‘/‘) + ".class";  
52.     }  
53. }  

　　在通过NetworkClassLoader加载了某个版本的类之后，一般有两种做法来使用它。第一种做法是使用Java反射API。另外一种做法是使用接口。需要注意的是，并不能直接在客户端代码中引用从服务器上下载的类，因为客户端代码的类加载器找不到这些类。使用Java反射API可以直接调用Java类的方法。而使用接口的做法则是把接口的类放在客户端中，从服务器上加载实现此接口的不同版本的类。在客户端通过相同的接口来使用这些实现类。我们使用接口的方式。示例如下：

 

　　客户端接口：

 

[java] view plain copy

 

 

1. package classloader;  
2.   
3. public interface Versioned {  
4.   
5.     String getVersion();  
6. }  

 

 

[java] view plain copy

 

 

1. package classloader;  
2.   
3. public interface ICalculator extends Versioned {  
4.   
5.     String calculate(String expression);  
6. }  

　　网络上的不同版本的类：

[java] view plain copy

 

 

1. package com.example;  
2.   
3. import classloader.ICalculator;  
4.   
5. public class CalculatorBasic implements ICalculator {  
6.   
7.     @Override  
8.     public String calculate(String expression) {  
9.         return expression;  
10.     }  
11.   
12.     @Override  
13.     public String getVersion() {  
14.         return "1.0";  
15.     }  
16.   
17. }  

[java] view plain copy

 

 

1. package com.example;  
2.   
3. import classloader.ICalculator;  
4.   
5. public class CalculatorAdvanced implements ICalculator {  
6.   
7.     @Override  
8.     public String calculate(String expression) {  
9.         return "Result is " + expression;  
10.     }  
11.   
12.     @Override  
13.     public String getVersion() {  
14.         return "2.0";  
15.     }  
16.   
17. }  

　　在客户端加载网络上的类的过程：

[java] view plain copy

 

 

1. package classloader;  
2.   
3. public class CalculatorTest {  
4.   
5.     public static void main(String[] args) {  
6.         String url = "http://localhost:8080/ClassloaderTest/classes";  
7.         NetworkClassLoader ncl = new NetworkClassLoader(url);  
8.         String basicClassName = "com.example.CalculatorBasic";  
9.         String advancedClassName = "com.example.CalculatorAdvanced";  
10.         try {  
11.             Class<?> clazz = ncl.loadClass(basicClassName);  // 加载一个版本的类  
12.             ICalculator calculator = (ICalculator) clazz.newInstance();  // 创建对象  
13.             System.out.println(calculator.getVersion());  
14.             clazz = ncl.loadClass(advancedClassName);  // 加载另一个版本的类  
15.             calculator = (ICalculator) clazz.newInstance();  
16.             System.out.println(calculator.getVersion());  
17.         } catch (Exception e) {  
18.             e.printStackTrace();  
19.         }  
20.     }  
21.   
22. }