java--类加载器

1、类加载器

分析我们常用的输出语句：System.out.println();
这个语句中，要用到System类，
JVM首先把System类的字节码文件System.class从硬盘加载到内存中，程序才能继续下一部执行。
把字节码文件加载到内存，这项工作就是由类加载器完成的。
 
Java虚拟机中可以安装多个类加载器，
系统默认三个主要类加载器，每个类负责加载特定位置的类：
BootStrap，ExtClassLoader，AppClassLoader。
 
类加载器也是Java类，因为作为Java类的类加载器本身也要被类加载器加载，
显然必须有第一个类加载器不是不是java类，这正是BootStrap。
JVM内核启动的时候，BootStrap就已经被加载了，它是内嵌在JVM内核中的，是用C++语言编写的二进制代码，因此它不需要其他类加载器加载。
 
Java虚拟机中的所有类加载器采用具有父子关系的树形结构进行组织，
在实例化每个类加载器对象时，需要为其指定一个父级类加载器对象，或者默认采用系统类加载器为其父级类加载器。 
 

所有类加载器之间的父子关系，及负责加载的目录：

2 、类加载器的委托机制
当Java虚拟机要加载一个类时，到底派出哪个类加载器去加载呢？

<1>首先当前线程的类加载器去加载线程中的第一个类。
      如果类A中引用了类B，Java虚拟机将使用加载类A的类装载器来加载类B。 
      还可以直接调用ClassLoader.loadClass()方法来指定某个类加载器去加载某个类。
 
<2>每个类加载器加载类时，又先委托给其上级类加载器。
      当所有祖宗类加载器没有加载到类，回到发起者类加载器，还加载不了，
      则抛ClassNotFoundException，不是再去找发起者类加载器的儿子。
      因为没有getChild方法，即使有，那有多个儿子，找哪一个呢？
 
注意：
1，每个ClassLoader本身只能分别加载特定位置和目录中的类，但它们可以委托其他的类加载器去加载类，这就是类加载器的委托模式。
   类加载器一级级委托到BootStrap类加载器，当BootStrap无法加载当前所要加载的类时，然后才一级级回退到子孙类加载器去进行真正的加载。
   当回退到最初的类加载器时，如果它自己也不能完成类的加载，那就应报告ClassNotFoundException异常。
2，有一道面试题，能不能自己写个类叫java.lang.System？
      答案是不能，即使写了也不会被类加载器加载。
      为了不让我们写System类，类加载机制采用委托机制，这样可以保证父级类加载器优先，也就是总是使用父级类加载器能找到的类，
   结果就是总是使用java系统自身提供的System类，而不会使用我们自己所写的System类。

3 、如何自定义类加载器
自定义的类加载器的必须继承ClassLoader。
 
自定义类加载器的编写原理：
1，类加载器中的loadClass方法内部实现了父类委托机制，因此我们没有必要自己覆盖loadClass，否则需要自己去实现父类委托机制。
2，我们只需要覆盖findClass方法。loadClass方法中调用了findClass方法，使用的是模板设计模式。
3，我们得到了Class文件后，就可以通过defineClass方法将二进制数据(字节数组)转换成字节码。
这就是自定义类加载器的编写原理。
 
API中的例子：

class NetworkClassLoader extends ClassLoader {
	String host;
	int port;
    
    @Override
	public Class findClass(String name) {
		byte[] b = loadClassData(name);
		return defineClass(name, b, 0, b.length);
	}

	private byte[] loadClassData(String name) {
		// load the class data from the connection
		 . . .
	}
}

4 、编写自己的类加载器
编程步骤：
1，编写一个对文件内容进行简单加密的程序。
2，编写了一个自己的类装载器，可实现对加密过的类进行装载和解密。
 
实验步骤：
1，对不带包名的class文件进行加密，加密结果存放到另外一个目录，
   例如： java  MyClassLoader  MyTest.class  F:\itcast
   运行加载类的程序，结果能够被正常加载，
2，但打印出来的类装载器名称为：
   AppClassLoader：java MyClassLoader MyTest F:\itcast。
3，用加密后的类文件替换CLASSPATH环境下的类文件，
   再执行上一步操作就出问题了，错误说明是AppClassLoader类装载器装载失败。
4，删除CLASSPATH环境下的类文件，再执行上一步操作就没问题了。
 
先自己编写一个类加载器，把目录E:\java\mypkg下的Attachment.class字节码文件，
加载到目录E:\java\itheima下，并进行加密：

package mypkg;
import java.io.*;
import java.util.Date;

//把Attachment.class文件加载到e:\java\itheima目录下，并加密 
public class MyClassLoader {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		String srcPath = args[0]; //把srcPath代表的class文件，加载到destDir目录。
		String destDir = args[1];
		
		FileInputStream fis = new FileInputStream(srcPath);
		String destFileName = srcPath.substring(srcPath.lastIndexOf("\\")+ 1);//获取class文件名
		String destPath = destDir + "\\" + destFileName;
		FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destPath);
		
		cypher(fis, fos); //进行加密
		fis.close();
		fos.close();
        System.out.println("加载成功");
	}
	
   //对输入流数据进行加密
	private static void cypher(InputStream ips,OutputStream ops) throws Exception{
		int b = -1;
		while((b = ips.read())!=-1){
			ops.write(b^0xff); //加密
		}
	}
}

class Attachment extends Date {
    public String toString(){
		return "hello itheima" ;
    }
}

编译命令：

下一步，写一个解密程序：

package mypkg;
import java.io.*;
import java.util.Date;

class MyClassLoader2 extends ClassLoader {
	private String classDir ;
	public MyClassLoader2(){
	}
	public MyClassLoader2(String classDir) {
		this.classDir = classDir;
	}
	
	//继承ClassLoader，并覆盖findClass方法。
	@Override
	@SuppressWarnings("deprecation")
	protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
		String classFileName = classDir + "\\" + name + ".class";
		try {
			FileInputStream fis = new FileInputStream(classFileName);
			ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();//输出到数组缓冲区中
			cypher(fis, bos); //解密
			
			fis.close();
			byte[] bytes = bos.toByteArray();
			
			//defineClass方法将字节数组转换成字节码文件
			return defineClass(bytes,0,bytes.length );
			
		}catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return super.findClass(name);
	}
    
	//进行解密
	private static void cypher(InputStream ips,OutputStream ops) throws Exception{
		int b = -1;
		while((b = ips.read())!=-1){
			ops.write(b^0xff);
		}
	}
}

//加载itheima包下的Attachment.class文件，并解密,打印解密信息。
public class ClassLoaderTest {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Class clazz = new MyClassLoader2("itheima").loadClass("Attachment");
		//loadClass方法内部会调用findClass方法。
		
		Date d1 = (Date)clazz.newInstance();//通过借助一个父类对象绕过编译器
		System.out.println(d1);
		 //结果：hello itheima
	}
}

5 、一个类加载器的高级问题
编写一个能打印出自己的类加载器名称和当前类加载器的父子结构关系链的MyServlet，
正常发布后，看到打印结果为WebAppClassloader（AppClassloader的子类）。
把MyServlet.class文件打jar包，放到ext目录中，重启tomcat，发现找不到HttpServlet的错误。
把servlet.jar也放到ext目录中，问题解决了，打印的结果是ExtclassLoader 。
 
这说明：
父级类加载器加载的类无法引用只能被子级类加载器加载的类，原理如下图：

错误原因：
在没有将MyServlet导出为jar包到jre\lib\ext目录以前，
MyServlet以及其父类都是由WebAppClassLoader加载的。
但是导出到jre\lib\ext目录以后，就由ExtClassLoader类加载器加载MyServlet，但是HttpServlet却不在ext目录下，所以无法加载到。
而且MyServlet和HttpServlet是同一线程的，这也就意味着他们两个是由同一个类加载器加载的。
ExtClassLoader类加载器加载不了，就会直接报错，而不会再交给WebAppClassLoader类加载器再加载。
解决方法：
将HttpServlet所在的jar包拷贝到jre\lib\ext目录下，重新启动tomcat服务器，重新在浏览器中访问MyServlet。
此时加载MyServlet的类加载器是ExtClassLoader类加载器。