ClassLoader

一切的Java类都必须经过JVM加载后才能运行，而ClassLoader的主要作用就是Java类文件的加载。在JVM类加载器中最顶层的是Bootstrap ClassLoader(引导类加载器)、Extension ClassLoader(扩展类加载器)、App ClassLoader(系统类加载器)，AppClassLoader是默认的类加载器，如果类加载时我们不指定类加载器的情况下，默认会使用AppClassLoader加载类，ClassLoader.getSystemClassLoader()返回的系统类加载器也是AppClassLoader。

值得注意的是某些时候我们获取一个类的类加载器时候可能会返回一个null值，如:java.io.File.class.getClassLoader()将返回一个null对象，因为java.io.File类在JVM初始化的时候会被Bootstrap ClassLoader(引导类加载器)加载(该类加载器实现于JVM层，采用C++编写)，我们在尝试获取被Bootstrap ClassLoader类加载器所加载的类的ClassLoader时候都会返回null。

ClassLoader类有如下核心方法：

  1. loadClass(加载指定的Java类)
  2. findClass(查找指定的Java类)
  3. findLoadedClass(查找JVM已经加载过的类)
  4. defineClass(定义一个Java类)
  5. resolveClass(链接指定的Java类)

ClassLoader类加载流程

理解Java类加载机制并非易事，这里我们以一个Java的HelloWorld来学习ClassLoader。

ClassLoader加载com.anbai.sec.classloader.TestHelloWorld类重要流程如下：

  1. ClassLoader会调用public Class<?> loadClass(String name)方法加载com.anbai.sec.classloader.TestHelloWorld类。
  2. 调用findLoadedClass方法检查TestHelloWorld类是否已经初始化，如果JVM已初始化过该类则直接返回类对象。
  3. 如果创建当前ClassLoader时传入了父类加载器(new ClassLoader(父类加载器))就使用父类加载器加载TestHelloWorld类，否则使用JVM的Bootstrap ClassLoader加载。
  4. 如果上一步无法加载TestHelloWorld类，那么调用自身的findClass方法尝试加载TestHelloWorld类。
  5. 如果当前的ClassLoader没有重写了findClass方法，那么直接返回类加载失败异常。如果当前类重写了findClass方法并通过传入的com.anbai.sec.classloader.TestHelloWorld类名找到了对应的类字节码，那么应该调用defineClass方法去JVM中注册该类。
  6. 如果调用loadClass的时候传入的resolve参数为true，那么还需要调用resolveClass方法链接类,默认为false。
  7. 返回一个被JVM加载后的java.lang.Class类对象。

自定义ClassLoader

java.lang.ClassLoader是所有的类加载器的父类，java.lang.ClassLoader有非常多的子类加载器，比如我们用于加载jar包的java.net.URLClassLoader其本身通过继承java.lang.ClassLoader类，重写了findClass方法从而实现了加载目录class文件甚至是远程资源文件。

既然已知ClassLoader具备了加载类的能力，那么我们不妨尝试下写一个自己的类加载器来实现加载自定义的字节码(这里以加载TestHelloWorld类为例)并调用hello方法。

如果TestHelloWorld类存在的情况下，我们可以使用如下代码即可实现调用hello方法并输出：

TestHelloWorld t = new TestHelloWorld();
String str = t.hello();
System.out.println(str);

但是如果TestHelloWorld根本就不存在于我们的classpath，那么我们可以使用自定义类加载器重写findClass方法，然后在调用defineClass方法的时候传入TestHelloWorld类的字节码的方式来向JVM中定义一个TestHelloWorld类，最后通过反射机制就可以调用TestHelloWorld类的hello方法了。

package classloader;
import java.lang.reflect.Method;
public class TestClassLoader extends ClassLoader {
    // TestHelloWorld类名
    private static String testClassName = "classloader.TestHelloWorld";
    // TestHelloWorld类字节码
    private static byte[] testClassBytes = new byte[]{
            -54, -2, -70, -66, 0, 0, 0, 51, 0, 17, 10, 0, 4, 0, 13, 8, 0, 14, 7, 0, 15, 7, 0,
            16, 1, 0, 6, 60, 105, 110, 105, 116, 62, 1, 0, 3, 40, 41, 86, 1, 0, 4, 67, 111, 100,
            101, 1, 0, 15, 76, 105, 110, 101, 78, 117, 109, 98, 101, 114, 84, 97, 98, 108, 101,
            1, 0, 5, 104, 101, 108, 108, 111, 1, 0, 20, 40, 41, 76, 106, 97, 118, 97, 47, 108,
            97, 110, 103, 47, 83, 116, 114, 105, 110, 103, 59, 1, 0, 10, 83, 111, 117, 114, 99,
            101, 70, 105, 108, 101, 1, 0, 19, 84, 101, 115, 116, 72, 101, 108, 108, 111, 87, 111,
            114, 108, 100, 46, 106, 97, 118, 97, 12, 0, 5, 0, 6, 1, 0, 12, 72, 101, 108, 108, 111,
            32, 87, 111, 114, 108, 100, 126, 1, 0, 40, 99, 111, 109, 47, 97, 110, 98, 97, 105, 47,
            115, 101, 99, 47, 99, 108, 97, 115, 115, 108, 111, 97, 100, 101, 114, 47, 84, 101, 115,
            116, 72, 101, 108, 108, 111, 87, 111, 114, 108, 100, 1, 0, 16, 106, 97, 118, 97, 47, 108,
            97, 110, 103, 47, 79, 98, 106, 101, 99, 116, 0, 33, 0, 3, 0, 4, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 0, 1,
            0, 5, 0, 6, 0, 1, 0, 7, 0, 0, 0, 29, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 5, 42, -73, 0, 1, -79, 0, 0, 0,
            1, 0, 8, 0, 0, 0, 6, 0, 1, 0, 0, 0, 7, 0, 1, 0, 9, 0, 10, 0, 1, 0, 7, 0, 0, 0, 27, 0, 1,
            0, 1, 0, 0, 0, 3, 18, 2, -80, 0, 0, 0, 1, 0, 8, 0, 0, 0, 6, 0, 1, 0, 0, 0, 10, 0, 1, 0, 11,
            0, 0, 0, 2, 0, 12
    };
    @Override
    public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 只处理TestHelloWorld类
        if (name.equals(testClassName)) {
            // 调用JVM的native方法定义TestHelloWorld类
            return defineClass(testClassName, testClassBytes, 0, testClassBytes.length);
        }
        return super.findClass(name);
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 创建自定义的类加载器
        TestClassLoader loader = new TestClassLoader();
        try {
            // 使用自定义的类加载器加载TestHelloWorld类
            Class testClass = loader.loadClass(testClassName);
            // 反射创建TestHelloWorld类，等价于 TestHelloWorld t = new TestHelloWorld();
            Object testInstance = testClass.newInstance();
            // 反射获取hello方法
            Method method = testInstance.getClass().getMethod("hello");
            // 反射调用hello方法,等价于 String str = t.hello();
            String str = (String) method.invoke(testInstance);
            System.out.println(str);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}