9.3　创建类加载器

大部分Java程序在运行时并不需要使用自己的类加载器，依靠Java平台提供的3个类加载器就足够了。在绝大多数时候，也只有系统类加载器发挥作用。如果程序对加载类的方式有特殊的要求，就要创建自己的类加载器。这样的实际应用场景有很多，主要可以分成两类：一类是对Java类的字节代码进行特殊的查找和处理，如Java类的字节代码存放在磁盘上特定的位置或远程服务器上，或者字节代码的数据经过了加密处理；另一类是利用类加载器产生的隔离特性来满足特殊的需求。

创建自定义类加载器只需继承ClassLoader类即可，可以选择覆写其中的某些方法来实现自定义的类加载逻辑。ClassLoader类中的defineClass方法用来从字节代码中定义出表示Java类的Class类的对象。由于定义Java类涉及虚拟机的核心功能，从安全的角度出发，defineClass方法被声明为final，不能由ClassLoader类的子类来覆写。一般来说，defineClass方法是由原生代码实现的。在ClassLoader类中包含了不少声明为protected的方法，这些方法是创建自定义类加载器的基础。自定义类加载器通过覆写这些方法来实现特殊的功能。

第一个方法是loadClass。这个方法与ClassLoader类公开的loadClass方法同名，但是多一个表示是否对加载的类进行链接操作的参数。在这个声明为protected的loadClass方法中封装了默认的双亲类加载器优先的代理模式的实现。默认的实现流程是进行下面的查找过程：先通过findLoadedClass方法来检查该Java类是否已经被加载过，如果已经被加载过了，就直接返回之前加载过的Class类的对象；接着通过getParent方法得到双亲类加载器对象，再调用双亲类加载器对象的loadClass方法，这一步是代理模式生效的地方，如果getParent方法返回为null，则使用启动类加载器来进行加载；最后调用findClass方法由当前类加载器对象进行查找。这3步依次进行，如果在其中某一步的查找过程中找到了Java类的定义，就返回定义的Class类的对象作为loadClass方法的返回值。如果尝试所有的步骤后仍然找不到Java类的定义，loadClass方法就会抛出java.lang.ClassNotFoundException异常。如果调用loadClass方法的第二个参数值为true，即需要对找到的类进行链接操作，则loadClass方法会调用resolveClass方法进行链接。

第二个方法是findLoadedClass。在类加载的过程中，虚拟机会记录下已经加载的Java类的初始类加载器。在findLoadedClass方法的实现中，会查找已经加载的Java类，比较这些Java类的初始类加载器对象和要加载的Java类的名称。如果某个已经加载的Java类的初始类加载器是当前类加载器对象，同时类的名称也与要加载的类的名称相同，就把该Java类对应的Class类的对象作为结果返回。

第三个方法是findClass。默认情况下，当通过代理模式无法使用双亲类加载器对象成功加载Java类时，findClass方法被调用。这个方法主要用来封装当前类加载器对象自己的类加载逻辑。在一般的自定义类加载器中只需要覆写此方法即可。只有在需要改变默认的双亲优先代理模式的类加载器中才需要覆写loadClass方法。ClassLoader类中的findClass方法只是简单抛出ClassNotFoundException异常。

最后一个方法是resolveClass。这个方法的作用是链接一个定义好的Class类的对象。链接的具体过程将在第10章进行介绍。

下面通过几个具体的示例来说明如何创建自定义类加载器。第一个示例是从磁盘上的特定目录加载Java类的字节代码的类加载器。代码清单9-5中给出了完整的实现代码。在创建FileSystemClassLoader类的对象时，需要指定一个路径作为Java类字节代码所在的目录。在findClass方法的实现中，先把要加载的类名转换成对应的class文件的路径，再读取class文件以得到字节代码的内容，最后通过defineClass方法来定义Class类的对象。

代码清单9-5　从文件系统加载字节代码的类加载器

public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader{

private Path path；

public FileSystemClassLoader（Path path）{

this.path=path；

}

protected Class＜?＞findClass（String name）throws ClassNotFoundException{

try{

byte[]classData=getClassData（name）；

return defineClass（name, classData，0，classData.length）；

}catch（IOException e）{

throw new ClassNotFoundException（）；

}

}

private byte[]getClassData（String className）throws IOException{

Path classFilePath=classNameToPath（className）；

return Files.readAllBytes（classFilePath）；

}

private Path classNameToPath（String className）{

return path.resolve（className.replace（'.'，File.separatorChar）+".class"）；

}

}

FileSystemClassLoader类只是简单地读取了字节代码的内容，实际上可以在读取字节代码之后，调用defineClass方法之前进行很多操作。例如，如果字节代码的内容是经过加密的，就需要在调用defineClass方法之前进行解密操作。另外，可以对字节代码应用第8章介绍的字节代码增强技术来处理。

除了通过磁盘文件或网络方式加载已有的字节代码之外，还可以在类加载器中即时生成所需的字节代码。使用第8章介绍的ASM工具可以很容易地实现这个功能。代码清单9-6中给出了一个动态生成字节代码的类加载器的实现。在GreetingClassLoader类的findClass方法中，使用ASM工具生成了类的字节代码。在生成的Java类的构造方法中，添加了对System.out方法的调用来输出提示信息。

代码清单9-6　动态生成字节代码的类加载器

public class GreetingClassLoader extends ClassLoader implements Opcodes{

private String message；

public GreetingClassLoader（String message）{

this.message=message；

}

protected Class＜?＞findClass（String name）throws ClassNotFoundException{

byte[]classData=generateClassData（name）；

return defineClass（name, classData，0，classData.length）；

}

private byte[]generateClassData（String className）{

className=className.replaceAll（"\."，"/"）；

ClassWriter writer=new ClassWriter（0）；

writer.visit（V1_7，ACC_PUBLIC+ACC_SUPER, className, null，"java/lang/Object"，null）；

MethodVisitor mv=writer.visitMethod（Opcodes.ACC_PUBLIC，"＜init＞"，"（）V"，null, null）；

mv.visitCode（）；

mv.visitVarInsn（ALOAD，0）；

mv.visitMethodInsn（INVOKESPECIAL，"java/lang/Object"，"＜init＞"，"（）V"）；

mv.visitFieldInsn（Opcodes.GETSTATIC，"java/lang/System"，"out"，"Ljava/io/PrintStream；"）；

mv.visitLdcInsn（message）；

mv.visitMethodInsn（Opcodes.INVOKEVIRTUAL，"java/io/PrintStream"，"println"，"（Ljava/lang/String；）V"）；

mv.visitInsn（RETURN）；

mv.visitMaxs（2，1）；

mv.visitEnd（）；

writer.visitEnd（）；

return writer.toByteArray（）；

}

}

前面介绍的两个示例并没有覆写ClassLoader类中的loadClass方法中的逻辑，而是覆写了findClass方法。在这两个示例中，ClassLoader类默认使用的双亲优先的代理模式是有效的。如果希望改变这种默认的代理模式，那么可以覆写loadClass方法。在某些情况下，可能需要优先使用当前类加载器对象进行查找，再考虑使用双亲类加载器对象进行查找。代码清单9-7给出了这种当前类加载器对象优先的代理模式的实现。在ParentLastClassLoader类的loadClass方法中仍然先通过findLoadedClass方法来查找已经加载的Java类。这一步通常是必需的。接着调用findClass方法优先由当前类加载器对象进行查找。最后再代理给双亲类加载器对象来进行查找。

代码清单9-7　当前类加载器对象优先的类加载器

public class ParentLastClassLoader extends ClassLoader{

protected Class＜?＞loadClass（String name, boolean resolve）throws ClassNotFoundException{

Class＜?＞clazz=findLoadedClass（name）；

if（clazz！=null）{

return clazz；

}

clazz=findClass（name）；

if（clazz！=null）{

return clazz；

}

ClassLoader parent=getParent（）；

if（parent！=null）{

return parent.loadClass（name）；

}

else{

return super.loadClass（name, resolve）；

}

}

}