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初探Java類加載機制

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，它會請求父代 ClassLoader 來執行此項任務，所有 ClassLoaders 的根是系統 ClassLoader，它會以缺省方式裝入類 -- 即，從本地文件系統。今天我們就來探討一下在jvm中這些機制是怎樣運行的。讓我們假設有一個class字節碼文件（比如Hello.class文件），那么在應用程序中，他是如何被加載進來，并形成一個類對象的呢？我們這篇文章的目的就是為了解釋這個問題。

　　在java.lang包里有個ClassLoader類，ClassLoader 的基本目標是對類的請求提供服務。當 JVM 需要使用類時，它根據名稱向 ClassLoader 請求這個類，然后 ClassLoader 試圖返回一個表示這個類的 Class 對象。通過覆蓋對應于這個過程不同階段的方法，可以創建定制的 ClassLoader。其中有個loadClass(String name, boolean resolve)方法，該方法為ClassLoader的入口點，在jdk1.2以后，loadClass方法將缺省調用findClass方法，詳細內容可以參考API文檔，我們編寫的ClassLoader主要就是為了覆蓋以上兩個方法。回到我們剛才的問題，怎樣讀進字節碼文件，并把它構成一個類對象呢？在ClassLoader里有個方法，Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)，答案就在這里了，我們根據把class字節碼文件（如Hello.class)讀進一個字節數組里，byte[] b,并把它轉化為Class對象，而這些數據可以來源于文件，網絡等，神奇吧:)

　　defineClass管理 JVM 的許多復雜、神秘和倚賴于實現的方面 -- 它把字節碼分析成運行時數據結構、校驗有效性等等。不必擔心，您無需親自編寫它。事實上，即使您想要這么做也不能覆蓋它，因為它已被標記成最終的。

　　其他一些方法：

　　findSystemClass方法：從本地文件系統裝入文件。它在本地文件系統中尋找類文件，如果存在，就使用 defineClass 將原始字節轉換成 Class 對象，以將該文件轉換成類。

　　findClass方法：jdk1.2以后loadClass 的缺省實現調用這個新方法。findClass 的用途包含您的 ClassLoader 的所有特殊代碼，而無需要復制其它代碼（例如，當專門的方法失敗時，調用系統 ClassLoader）。

　　getSystemClassLoader：如果覆蓋 findClass 或 loadClass，getSystemClassLoader 使您能以實際 ClassLoader 對象來訪問系統 ClassLoader（而不是固定的從 findSystemClass 調用它）。

　　getParent：為了將類請求委托給父代 ClassLoader，這個新方法允許 ClassLoader 獲取它的父代 ClassLoader。當使用特殊方法，定制的 ClassLoader 不能找到類時，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。當編寫我們自己的 loadClass 時，可以調用 resolveClass，這取決于 loadClass 的 resolve 參數的值。
　　findLoadedClass:充當一個緩存,當請求 loadClass 裝入類時，它調用該方法來查看 ClassLoader 是否已裝入這個類，這樣可以避免重新裝入已存在類所造成的麻煩。應首先調用該方法。

　　二、工作流程：

　　1)調用 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。

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

　　3）調用findClass(String)去查找類并獲取類；

　　4）如果loadClass 的 resolve 參數的值為true，那么調用 resolveClass 解析 Class 對象.

　　5）如果還沒有類，返回 ClassNotFoundException。

　　6）否則，將類返回給調用程序。

　　三、一個實現了ClassLoader的例子：

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

　　public class CompilingClassLoader extends ClassLoader{
　　//讀取一個文件的內容
　　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+"...");
　　//調用系統的javac命令
　　Process p=Runtime.getRuntime().exec("javac "+javaFile);
　　try{
　　//其他線程都等待這個線程完成
　　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);

　　//通過讀入數據來構造一個類結構，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);

　　}
　　}

　　以上的核心內容已經編寫完了，編譯后，我們得到兩個文件：

　　CompilingClassLoader.class,TestRun.class

　　四、編寫一個例子，然后運行我們的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，運行java TestRun Hello 阿飛

　　....
　　....
　　....
　　Hello,阿飛

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