Java類載入器進階

再談類載入的父親委託(Parent
Delegation)機制
在父親委託機制中，各個載入器按照父子關係形成了樹狀結構，除了根類載入器以外，其餘的類載入器有且只有一個父載入器。
假設loader2的父親為loader1，loader1的父親為系統類別載入器。假設Java程式要求loader2載入Sample類，代碼如下：

Class sampleClass = loader2.loadClass("Sample");

loader2首先從自己的命名空間中尋找Sample類是否已經載入，如果已經載入，就直接返回代表Sample類的Class對象的引用。

如果Sample類還沒有被載入，loader2首先請求loader1代為載入，loader1再請求系統類別載入器代為載入，系統類別載入器再請求擴充類載入器代為載入，擴充類載入器再請求根類載入器代為載入。若根類載入器和擴充類載入器都不能載入，則系統類別載入器嘗試載入，若能載入成功，則將Sample類所對應的Class對象的引用返回給loader1，loader1再將引用返回給loader2,從而成功將Sample類載入進虛擬機器。
若系統類別載入器不能載入Smaple類，則loader1嘗試載入Sample類，若loader1也不能成功載入，則loader2嘗試載入。若所有的父載入器和loader2本身都不能載入，則拋出ClassNotFoundException異常。

父親委託機制的優點？
父親委託機制的優點是能夠提高軟體系統的安全性。因為在此機制下，使用者自訂的類載入器不可能載入應該由父載入器載入的可靠類，從而防止不可靠甚至惡意的代碼代替由父載入器載入的可靠代碼。
例如，java.lang.Object類總是由根類載入器載入(BootStrap)，其他任何使用者自訂的類載入器都不可能載入含有惡意代碼的。
java.lang.Object類。

有幾個重要概念需要理解一下。(與安全有關)
１.命名空間
每個類載入器都有自己的命名空間，命名空間由載入器及所有父載入器所載入的類組成。
在同一個命名空間中，不會出現類的完整名字(包括類的包名)相同的兩個類；在不同的命名空間中，
有可能會出現類的完整名字(包括類的包名)相同的兩個類。

2.運行時包
由同一個類載入器載入的屬於相同包的類組成運行時包。決定兩個類是不是屬於同一個運行時包，不僅
要看它們的包名是否相同，還要看定義類載入器是否相同。只有屬於同一運行時包的類才能互相訪問可見(即預設存取層級)
的類和類成員。這樣的限制能避免使用者自訂的類冒充核心類庫的類，去訪問核心類庫的包可見成員。假設使用者自己定義了一個類
java.lang.Spy，並由使用者自訂的類載入器載入，由於jang.lang.Spy和核心類庫java.lang.*由不同的載入器載入，它們屬於不同的運行
時包，所以java.lang.Spy不能訪問核心類庫java.lang包中的可見成員。

建立使用者自訂的類載入器
要建立使用者自己的類載入器，只需擴充java.lang.ClassLoader類，然後覆蓋它的findClass(String
name)即可，該方法根據參數指定的類的名字，返回對應的Class對象的引用。
package com.jfans;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import
java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class MyClassLoader extends ClassLoader
{
 
 //給類載入器指定一個名字，在本例中只是為了便於區分不同的載入器對象
 private String
name;
 private String path = "d://";
 private final String fileType =
".class";
 
 public MyClassLoader(String name)
{
  super();
  this.name = name;
 }

 public MyClassLoader(ClassLoader parent,String name)
{
  super(parent);
  this.name = name;
 }

 public String getPath() {
  return path;
 }

 public void setPath(String path) {
  this.path =
path;
 }
 
 
 @Override
 public String toString(){
  return
this.name;
 }
 
  //自訂私人方法
 private byte[] loadClassData(String
name) throws ClassNotFoundException{
     FileInputStream fis = null;
    
byte[] data = null;
     ByteArrayOutputStream baos = null;
    
    
try{
      //把name字串中的"."替換為"/"，從而把類中的包名轉變為路徑名
    
 //例如，如果name為com.jfans.Sample，那麼將轉變為"com/jfans/Sample"
            name =
name.replaceAll("//.","////");
           
fis = new FileInputStream(new File(path + name + fileType));
            baos
= new ByteArrayOutputStream();
            int ch = 0;
            while(
(ch=fis.read()) !=  -1){
             baos.write(ch);
           
}
            data = baos.toByteArray();
     }catch(IOException
e){
      //System.out.println("exception e: " + e);
      //異常轉換
    
 throw new ClassNotFoundException("class is not found:"+name,e);
    
}finally{
      try{
       if(fis != null){
    
  fis.close();}
       if(baos != null){
       baos.close();}
    
 }catch(IOException ioe){
       ioe.printStackTrace();
      }
    
}
  return data;
 }
 
 
 //自訂載入器要重寫的方法
 protected Class
findClass(String name) throws ClassNotFoundException{
  byte[] data =
loadClassData(name);
  return defineClass(name,data, 0,
data.length);
 }

}

測試類別：
package com.jfans;

public class MyClassLoaderTest {

 public static void main(String[] args) {

  MyClassLoader loader1 = new
MyClassLoader("loader1");
  loader1.setPath("D:/myapp/serverlib/");
  
  MyClassLoader
loader2 = new
MyClassLoader(loader1,"loader2");
  loader2.setPath("D:/myapp/clientlib/");
  
  MyClassLoader
loader3 = new
MyClassLoader(null,"loader3");
  loader3.setPath("D:/myapp/otherlib/");
  
  

  test(loader1);
  test(loader2);
  test(loader3);
  
 }
 private
static void test(ClassLoader classLoader){
   try {
   Class personClass =
classLoader.loadClass("com.jfans.Person");
   Object obj =
personClass.newInstance();
  } catch (ClassNotFoundException e) {
   //
TODO Auto-generated catch block
   e.printStackTrace();
  } catch
(InstantiationException e) {
   // TODO Auto-generated catch
block
   e.printStackTrace();
  } catch (IllegalAccessException e)
{
   // TODO Auto-generated catch
block
   e.printStackTrace();
  }
  
 }

}

//Person類
package com.jfans;

public class Person {

 private String name;

 public Person(){
  this.name = "cuser";//default
value
  System.err.println("Person is load by: " +
this.getClass().getClassLoader());//由此觀察列印結果
 }
 
 public
Personx(String name){
  this.name = name;
 }
 public String getName()
{
  return name;
 }

 public void setName(String name) {
  this.name = name;
 }
}

 

測試方法：可以將Person類分別放到上面三個載入器(loader1,loader2,loader3所指定的目錄(path)下面。通過不同的組合，刪除等，進行測試。相信能觀察到Person到底由哪個載入器載入的，同時什麼情況下會出現ClassNotFoundException。
測試前，閱讀代碼，記住父親委託機制就可以了。

不同類載入器的命名空間存在以下關係：
●同一個命名空間內的類是相互可見的
●子載入器的命名空間包含所有父載入器的命名空間。因此子載入器載入的類能夠看見父載入器載入的類。例如系統類別載入器載入的類能夠看見根類載入器載入的類。

●由父載入器載入的類不能看見子載入器載入的類。
●如果兩個載入器之間沒有直接或間接的父子關係，那麼它們各自載入的類相互不可見。
所謂類A能看見類B,就是批類A的程式碼中可以引用類B的名字。例如：
class
A{
     B b = new B();
}

URLClassLoader類
在JDK的java.net包中，提供了一個功能比較強大的URLClassLoader類，它擴充了ClassLoader類。它不僅能從本地檔案系統中載入類，還可以從網上下載類。Java程式可直接用URLClassLoader類作為使用者自訂的類載入器。URLClassLoader類提供了以下形式的構造方法：
URL(URL[]
urls) //父載入器為系統類別載入器
URL(URL[] urls,ClassLoader parent)
//parent參數指定父載入器
以上構造方法中的參數urls用來存放所有的URL路徑，URLClassLoader將從這些路徑中載入類。

類的卸載
當Sample類被載入、串連和初始化後，它的生命週期就開始了。當代表Sample類的Class對象不再被引用，即不可觸及時，Class對象就會結束生命週期，Sample類在方法區內的資料也會被卸載，從而結束Sample類的生命週期。由此可見，一個類何時結束生命週期，取決於代表它的Class對象何時結束生命週期。這是一個較大的話題。

由Java虛擬機器內建的類載入器所載入的類，在虛擬機器的生命週期內，始終不會被卸載。前面已經介紹過，Java虛擬機器內建的類載入器包括根類載入器，擴充類載入器，系統類別載入器，Java虛擬機器本身會始終引用這些類載入空對空，而這些類載入器則會始終引用它們所載入的類的Class對象，因此這些Class對象是始終可觸及的。