初探Java類載入機制的奧秘

一、在jdk1.2以後，類載入是通過委託來完成的，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，它會以預設方式裝入類 -- 即，從本地檔案系統。今天我們就來探討一下在jvm中這些機制是怎樣啟動並執行。讓我們假設有一個class位元組碼檔案（比如Hello.class檔案），那麼在應用程式中，他是如何被載入進來，並形成一個類對象的呢？我們這篇文章的目的就是為瞭解釋這個問題。

　　在java.lang包裡有個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，然後 ClassLoader 試圖返回一個表示這個類的 Class 對象。通過覆蓋對應於這個過程不同階段的方法，可以建立定製的 ClassLoader。其中有個loadClass(String name, boolean resolve)方法，該方法為ClassLoader的進入點，在jdk1.2以後，loadClass方法將預設調用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，怎樣讀進位元組碼檔案，並把它構成一個類對象呢？在ClassLoader裡有個方法，Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)，答案就在這裡了，我們根據把class位元組碼檔案（如Hello.class)讀進一個位元組數組裡，byte[] b,並把它轉化為Class對象，而這些資料可以來源於檔案，網路等，神奇吧:)

　　defineClass管理 JVM 的許多複雜、神秘和倚賴於實現的方面 -- 它把位元組碼分析成運行時資料結構、校正有效性等等。不必擔心，您無需親自編寫它。事實上，即使您想要這麼做也不能覆蓋它，因為它已被標記成最終的。

　　其他一些方法：

　　findSystemClass方法：從本地檔案系統裝入檔案。它在本地檔案系統中尋找類檔案，如果存在，就使用 defineClass 將原始位元組轉換成 Class 對象，以將該檔案轉換成類。

　　findClass方法：jdk1.2以後loadClass 的預設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，而無需要複製其它代碼（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：為了將類請求委託給父代 ClassLoader，這個新方法允許 ClassLoader 擷取它的父代 ClassLoader。當使用特殊方法，定製的 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，這取決於 loadClass 的 resolve 參數的值。
findLoadedClass:充當一個緩衝,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，那麼採用那種特殊的神奇方式來擷取原始位元組。

　　2）通過父類ClassLoader調用loadClass方法，如果父類ClassLoader是null，那麼按預設方式裝入類，即系統ClassLoader。

　　3）調用findClass(String)去尋找類並擷取類；

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

　　5）如果還沒有類，返回 ClassNotFoundException。

　　6）否則，將類返回給調用程式。

　　三、一個實現了ClassLoader的例子：

/** *CompilingClassLoader.java *Copyright 2005-2-12 */ import java.io.*; public class CompilingClassLoader extends ClassLoader{ //讀取一個檔案的內容 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); 　//這裡說明了包的表示 　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檔案就不編譯 　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); 　　//通過讀入資料來構造一個類結構，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，編譯後，我們得到兩個檔案：

CompilingClassLoader.class,TestRun.class

　　四、編寫一個例子，然後運行我們的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