なぜ ClassLoader を書くのでしょうか? Javaのクラスローダーについての深い理解
- php是最好的语言オリジナル
- 2018-07-27 09:36:402140ブラウズ
クラスローダーとは何ですか?すべてのプログラミング言語の中で、Java は Java 仮想マシン上で実行されるという点で独特です。これは、コンパイルされたプログラムが、ターゲット マシンの形式以外の、プラットフォームに依存しない独自の形式でターゲット マシン上で実行されることを意味します。この形式は、多くの点で従来の実行可能プログラムとは大きく異なります。
はじめに
Java ClassLoader は、Java オペレーティング システムの重要なコンポーネントですが、見落とされがちなコンポーネントです。実行時にクラス ファイルを検索してロードする役割を果たします。カスタム ClassLoader を作成すると、クラス ファイルがシステムにロードされる方法を完全に再定義できます。
このチュートリアルでは、Java の ClassLoader の概要を説明し、カスタム ClassLoader の例を示します。この ClassLoader は、コードをロードする前に自動的にコンパイルされます。 ClassLoader の機能とカスタム ClassLoader の作成方法を学びます。
このチュートリアルでは、読者は、単純なコマンドライン Java プログラムの作成、コンパイル、実行など、Java プログラミングの基本を理解している必要があります。
このチュートリアルを読むと、次の方法がわかります:
JVM の機能を拡張する
カスタム ClassLoader を作成する
ClassLoader を Java アプリケーションに統合する方法を学ぶ
使用する ClassLoader を変更するJava2バージョンに準拠しています
ClassLoaderとは
すべてのプログラミング言語の中でも、JavaはJava仮想マシン上で動作するという点で独特です。これは、コンパイルされたプログラムが、ターゲット マシンの形式以外の、プラットフォームに依存しない独自の形式でターゲット マシン上で実行されることを意味します。この形式は、多くの点で従来の実行可能プログラムとは大きく異なります。
Java プログラムと C または C++ プログラムの最大の違いは、Java プログラムが単一の実行可能ファイルではなく、多数の個別のクラス ファイルで構成されており、各クラス ファイルが Java クラスに対応していることです。
それだけでなく、これらのクラス ファイルは一度にメモリにロードされるのではなく、オンデマンドでロードされます。 ClassLoader は、クラスをメモリにロードする JVM の一部です。
また、Java ClassLoader は Java で書かれています。これは、JVM について詳しく知らなくても、独自の ClassLoader を簡単に作成できることを意味します。
ClassLoader を記述する理由
JVM に既に ClassLoader がある場合、なぜ別の ClassLoader を記述する必要があるのでしょうか?良い質問ですね。デフォルトの ClassLoader は、ローカル ファイル システムからクラス ファイルをロードする方法しか知りません。一般的なシナリオでは、コードをローカルで記述し、それをローカルでコンパイルする場合は、これで完全に十分です。
ただし、JAVA 言語の最も斬新な機能の 1 つは、クラスをローカル ハード ドライブまたはインターネットの外部から取得できることです。たとえば、ブラウザはカスタム ClassLoader を使用して、Web サイトから実行可能コンテンツを取得します。
クラスファイルを取得する方法は他にもたくさんあります。クラス ファイルをローカルまたはオンラインでロードするだけでなく、クラス ローダーを使用して次のこともできます:
信頼できないコードを実行する前にデジタル署名を自動的に検証する
ユーザー指定のパスワードを使用した透過的な復号コード
-
カスタム動的クラスを作成するユーザー固有のニーズに基づいて
Java バイトコードを生成するものはすべてアプリケーションに統合できます。
カスタム クラスローダーの例
アプレットを使用したことがあるなら、カスタム クラス ローダーを使用したことがあるはずです。
Sun が Java 言語をリリースしたとき、最もエキサイティングなことの 1 つは、このテクノロジがリモート Web サーバーからのコードのタイムリーなロードをどのように実行するかを観察することでした。興味深いのは、リモート Web サーバーから HTTP 接続を介してバイトコードを送信し、それをローカルで実行することです。
カスタム ClassLoader をサポートする Java 言語の機能により、このアイデアが可能になります。アプレットにはカスタム ClassLoader があり、ローカル ファイル システムからクラス ファイルをロードするのではなく、リモート Web サーバーからクラス ファイルを取得し、HTTP 経由で元のバイトコードをロードして、それを JVM 内のクラスに変換します。
ブラウザやアプレットのクラスローダーには、セキュリティ管理、異なるページ上のアプレットが相互に影響を与えないようにするなどの他の機能もあります。
次に、CompilingClassLoader(CCL) というカスタム クラス ローダーを作成します。CCL は Java コードのコンパイルに役立ちます。これは基本的に、単純な make プログラムを実行中のシステムに直接構築するようなものです。 CompilingClassLoader(CCL)、CCL会帮我们编译Java代码。它基本上就像是在运行系统中直接构建一个简单的make程序。
ClassLoader结构
ClassLoader的基本目的是为类的请求提供服务。JVM需要一个类，于是它通过类的名字询问ClassLoader来加载这个类。ClassLoader试着返回一个代表该类的对象。
通过覆盖此过程不同阶段对应的方法，可以创建自定义的ClassLoader。
在本文的剩余部分，你会了解到ClassLoader中的一些关键方法。你会了解到每个方法的用途以及它在类加载过程中是如何调用的。你还会了解当你在自定义ClassLoader时需要完成的工作。
loadClass方法##、
ClassLoader.loadClass()方法是ClassLoader的入口。它的方法标签如下：
Class loadClass(String name, boolean resolve)
name参数代表JVM需要的类的名称，比如Foo或是java.lang.Object
loadClassmethod##、🎜🎜ClassLoader.loadClass() メソッドは ClassLoader への入り口です。そのメソッド タグは次のとおりです: 🎜% java Foo arg1 arg2🎜
name パラメータは、Foo や java.lang.Object など、JVM に必要なクラスの名前を表します。 コード>。 🎜<p><code>resolve パラメータは、クラスを解決する必要があるかどうかを示します。クラスの解析は、クラスの実行を完全に準備することとして理解できます。解析は必要ありません。 JVM がクラスの存在を確認するか、その親クラスを見つけるだけでよい場合は、解析する必要はありません。 resolve参数说明类是否需要被解析。可以把类的解析理解为完全的准备好执行类。解析并不是必要的。如果JVM只需要确定该类存在或是找出其父类，则无需解析。
在java1.1版本以前，自定义ClassLoader只需要重写loadClass方法。
defineClass方法
defineClass方法是整个ClassLoader的核心。此方法将原始字节数组转化为一个Class对象。原始字节数组包含从本地或是远程得到的数据。
defineClass负责处理JVM的许多复杂，神秘而且依赖于具体实现的部分。它将字节码解析为运行时的数据结构，检查其有效性等。不用担心，这些你不用自己实现。事实上，你根本没法重写它，因为该方法为final方法。
findSystemClass方法
findSysetmClass方法从本地文件系统中加载文件。它在本地文件系统中查找类文件，如果存在，使用defineClass将其从原始字节转化为类对象。这是JVM在运行Java应用程序时加载类的默认机制。
对于自定义的ClassLoader，我们只会在尝试了别的方法来加载类内容之后，才调用findSystemClass方法。道理很简单：自定义的ClassLoader包含加载特殊类的一些步骤，但是并非所有的类都是特殊类。比如，即便ClassLoader需要从远程网站上获取一些类，还是有许多类需要从本地的Java库中加载。这些类并不是我们关注的重点，因此我们需要JVM用默认的方式来获取。
整个流程如下：
请求自定义ClassLoader加载一个类
查看远程服务器是否有该类
如果有，则获取并返回
如果没有，我们假设该类是位于本地的一个基础类，并调用
findSystemClass从文件系统中加载出来。
在大多数自定义的ClassLoader中，你需要先滴啊用findSystemClass来减少对远程网站的访问，因为大多数Java类都位于本地的类库中。但是，在下一节中你会看到，在自动将应用代码编译之前，我们不希望JVM从本地文件系统加载类。
resolveClass方法
如前文所说，类的加载是可以部分进行（不进行解析）或是彻底进行的（进行解析）。当我们实现自己的loadClass方法时，我们或许需要调用resolveClass方法，这取决于loadClass中的resolve参数的值。
findLoadedClass方法
findLoadedClass方法充当一个缓存调用机制：当loadClass方法被调用时，他会调用这个方法来查看类是否已经被加载过了，省去了重复加载。这个方法应当最先被调用。
整合一下
我们的例子中loadClass执行以下几步（这里我们不会特别关注到底采用了什么神奇的方法来获取类文件。它可以是从本地，网络或者是压缩文件中获得的，总之我们获得了原始类文件的字节码）：
调用
findLoadedClass查看是否已经加载过该类如果没有，则使用神奇的魔法来获得原始字节码
如果获得字节码，调用
defineClass将其转化为Class对象如果没有获得字节码，则调用
findSystemClass，看是否能从本地文件系统获得类如果
resolve值为true，则调用resolveClass来解析Class对象如果还是没有找到类，则抛出
ClassNotFoundException否则，将类返回给调用者
CompilingClassLoader
CCL的作用是确保代码已经被编译，并且是最新版本的。
以下是该类的描述：
当需要一个类时，查看该类是否在磁盘上，在当前的目录或是相应的子目录下
如果该类不存在，但是其源码存在，在调用Java编译器来生成类文件
如果类文件存在，查看他是否比源码的版本旧，如果低于源码的版本，则重新生成类文件
如果编译失败，或者其他的原因导致无法从源码中生成类文件，抛出
ClassNotFoundException如果还是没有类文件，那么它或许在其他的一些库中，调用
findSystemClass看是否有用-
如果还是找不到类，抛出
java1.1 より前では、カスタム ClassLoader はClassNotFoundExceptionloadClassメソッドをオーバーライドするだけで済みました。 -
defineClassメソッドは、ClassLoader 全体の中核です。このメソッドは、元のバイト配列をClassオブジェクトに変換します。生のバイト配列には、ローカルまたはリモートのソースから取得したデータが含まれます。defineClassは、JVM の多くの複雑で不可解な、実装に依存する部分を処理する責任があります。バイトコードをランタイムデータ構造に解析し、その有効性などをチェックします。心配しないでください。これを自分で実装する必要はありません。実際、このメソッドは最終的なものであるため、オーバーライドすることはできません。 🎜
🎜findSystemClass メソッドfindSysetmClassメソッドは、ローカル ファイル システムからファイルを読み込みます。ローカル ファイル システムでクラス ファイルを検索し、存在する場合は、defineClassを使用して、生のバイトからクラス オブジェクトに変換します。これは、Java アプリケーションの実行時にクラスをロードするための JVM のデフォルトのメカニズムです。 🎜🎜カスタム ClassLoader の場合、他のメソッドを試してクラスのコンテンツをロードした後でのみ、findSystemClassメソッドを呼び出します。理由は簡単です。カスタム ClassLoader には特殊クラスをロードするためのいくつかのステップが含まれていますが、すべてのクラスが特殊クラスであるわけではありません。たとえば、ClassLoader がリモート Web サイトからいくつかのクラスを取得する必要がある場合でも、ローカル Java ライブラリからロードする必要があるクラスがまだたくさんあります。これらのクラスは私たちの焦点ではないため、JVM がデフォルトの方法でそれらを取得する必要があります。 🎜🎜プロセス全体は次のとおりです: 🎜- 🎜🎜クラスをロードするためにカスタム ClassLoader をリクエストします🎜🎜🎜🎜リモートサーバーにクラスがあるかどうかを確認します🎜🎜🎜🎜持っている場合、取得して返します 🎜🎜🎜🎜そうでない場合は、クラスがローカル基本クラスであると想定し、
findSystemClassを呼び出してファイル システムからロードします。 🎜🎜findSystemClassを使用する必要があります。ただし、次のセクションで説明するように、アプリケーション コードを自動的にコンパイルする前に、JVM がローカル ファイル システムからクラスをロードすることは望ましくありません。 🎜
🎜 前に述べたように、クラスの読み込みは部分的に (解析なしで) または完全に (解析あり) 行うことができます。独自のresolveClassメソッドloadClassメソッドを実装する場合、loadClassのresolveに応じて、resolveClassメソッドを呼び出す必要がある場合があります。 > >パラメータの値。 🎜
🎜findLoadedClassメソッドfindLoadedClassメソッドはキャッシュ呼び出しメカニズムとして機能します。loadClassメソッドが呼び出されると、 call このメソッドは、クラスがロードされたかどうかを確認するために使用され、繰り返しロードする必要がなくなります。このメソッドを最初に呼び出す必要があります。 🎜統合
🎜 この例では、loadClassが次の手順を実行します (ここでは、クラス ファイルを取得するためにどのような魔法のメソッドが使用されるかについては特別な注意を払いません。 from ローカル、ネットワーク、または圧縮ファイルから取得。つまり、元のクラス ファイルのバイトコードを取得しました): 🎜- 🎜🎜Call
findLoadedClassクラスが既にロードされているかどうかを確認します🎜🎜🎜🎜そうでない場合は、マジックを使用して元のバイトコードを取得します🎜🎜🎜🎜バイトコードを取得した場合は、defineClassを呼び出して、それをClass に変換しますオブジェクト 🎜🎜🎜🎜 バイトコードが取得できない場合は、findSystemClassを呼び出して、ローカル ファイル システムからクラスを取得できるかどうかを確認します 🎜🎜🎜🎜resolve code> 値が true の場合、<code>resolveClassを呼び出してClassオブジェクトを解決します🎜🎜🎜🎜それでもクラスが見つからない場合は、ClassNotFoundExceptionをスローします🎜 🎜🎜🎜それ以外の場合は、クラスを呼び出し元に返します🎜🎜
🎜CompilingClassLoaderCCLは、コードが確実にロードされたことを確認するために使用されます。コンパイル済みの最新バージョンです。
以下はこのクラスの説明です: 🎜- 🎜🎜クラスが必要な場合は、クラスがディスク上、現在のディレクトリ、または対応するサブディレクトリにあるかどうかを確認してください。次に🎜🎜🎜🎜クラスが存在しないが、そのソースコードが存在する場合は、Javaコンパイラを呼び出してクラスファイルを生成します🎜🎜🎜🎜クラスファイルが存在する場合は、それがソースコードのバージョンより古いかどうかを確認します。ソース コードのバージョンよりも古いため、クラス ファイルを再生成します🎜🎜🎜🎜 コンパイルが失敗した場合、またはその他の理由でソース コードからクラス ファイルを生成できない場合は、
ClassNotFoundExceptionをスローします🎜🎜🎜🎜まだクラス ファイルがない場合は、他のライブラリにある可能性があります。findSystemClassを呼び出して、それが役立つかどうかを確認してください🎜🎜🎜🎜クラスがまだ見つからない場合は、ClassNotFoundException をスローします🎜🎜🎜🎜それ以外の場合は、クラスを返します🎜
defineClass メソッド
Java是如何编译的
在深入研究之前，我们应该回过头来看一下Java的编译机制。总的来说，当你请求一个类的时候，Java不只是编译各种类信息，它还编译了别的相关联的类。
CCL会按需一个接一个的编译相关的类。但是，当CCL编译完一个类之后试着去编译其它相关类的时候会发现，其它的类已经编译完成了。为什么呢？Java编译器遵循一个规则：如果一个类不存在，或者它相对于源码已经过时了，就需要编译它。从本质上讲，Java编译器先CCL一步完成了大部分的工作。
CCL在编译类的时候会打印其编译的应用程序。在大多数场景里面，你会看到它在程序的主类上调用编译器。
但是，有一种情况是不会在第一次调用时编译所有类的的。如果你通过类名Class.forNasme加载一个类,Java编译器不知道该类需要哪些信息。在这种场景下，你会看到CCL会再次运行Java编译器。
如何使用CompilingClassLoader
为了使用CCL，我们需要用一种独特的方式启动程序。正常的启动程序如下：
% java Foo arg1 arg2
而我们启动方式如下：
% java CCLRun Foo arg1 arg2
CCLRun是一个特殊的桩程序，它会创建一个CompilingClassLoader并使用它来加载程序的main方法，确保整个程序的类会通过CompilingClassLoader加载。CCLRun使用Java反射API来调用main方法并传参
Java2中ClassLoader的变化
Java1.2以后ClassLoader有一些变动。原有版本的ClassLoader还是兼容的，而且在新版本下开发ClassLoader更容易了
新的版本下采用了delegate模型。ClassLoader可以将类的请求委托给父类。默认的实现会先调用父类的实现，在自己加载。但是这种模式是可以改变的。所有的ClassLoader的根节点是系统ClassLoader。它默认会从文件系统中加载类。
loadClass默认实现
一个自定义的loadClass方法通常会尝试用各种方法来获得一个类的信息。如果你写了大量的ClassLoader，你会发现基本上是在重复写复杂而变化不大的代码。
java1.2的loadClass的默认实现中允许你直接重写findClass方法，loadClass将会在合适的时候调用该方法。
这种方式的好处在于你无须重写loadClass方法。
新方法：findClass
该方法会被loadClass的默认实现调用。findClass是为了包含ClassLoader所有特定的代码，而无需写大量重负的其他代码
新方法：getSystenClassLoader
无论你是否重写了findClass或是loadClass方法，getSystemClassLoader允许你直接获得系统的ClassLoader（而不是隐式的用findSystemClass获得）
新方法：getParent
该方法允许类加载器获取其父类加载器，从而将请求委托给它。当你自定义的加载器无法找到类时，可以使用该方法。父类加载器是指包含创建该类加载代码的加载器。
源码
// $Id$
import java.io.*;
/*
A CompilingClassLoader compiles your Java source on-the-fly. It
checks for nonexistent .class files, or .class files that are older
than their corresponding source code.
*/
public class CompilingClassLoader extends ClassLoader
{
// Given a filename, read the entirety of that file from disk
// and return it as a byte array.
private byte[] getBytes( String filename ) throws IOException {
// Find out the length of the file
File file = new File( filename );
long len = file.length();
// Create an array that's just the right size for the file's
// contents
byte raw[] = new byte[(int)len];
// Open the file
FileInputStream fin = new FileInputStream( file );
// Read all of it into the array; if we don't get all,
// then it's an error.
int r = fin.read( raw );
if (r != len)
throw new IOException( "Can't read all, "+r+" != "+len );
// Don't forget to close the file!
fin.close();
// And finally return the file contents as an array
return raw;
}
// Spawn a process to compile the java source code file
// specified in the 'javaFile' parameter. Return a true if
// the compilation worked, false otherwise.
private boolean compile( String javaFile ) throws IOException {
// Let the user know what's going on
System.out.println( "CCL: Compiling "+javaFile+"..." );
// Start up the compiler
Process p = Runtime.getRuntime().exec( "javac "+javaFile );
// Wait for it to finish running
try {
p.waitFor();
} catch( InterruptedException ie ) { System.out.println( ie ); }
// Check the return code, in case of a compilation error
int ret = p.exitValue();
// Tell whether the compilation worked
return ret==0;
}
// The heart of the ClassLoader -- automatically compile
// source as necessary when looking for class files
public Class loadClass( String name, boolean resolve )
throws ClassNotFoundException {
// Our goal is to get a Class object
Class clas = null;
// First, see if we've already dealt with this one
clas = findLoadedClass( name );
//System.out.println( "findLoadedClass: "+clas );
// Create a pathname from the class name
// E.g. java.lang.Object => java/lang/Object
String fileStub = name.replace( '.', '/' );
// Build objects pointing to the source code (.java) and object
// code (.class)
String javaFilename = fileStub+".java";
String classFilename = fileStub+".class";
File javaFile = new File( javaFilename );
File classFile = new File( classFilename );
//System.out.println( "j "+javaFile.lastModified()+" c "+
// classFile.lastModified() );
// First, see if we want to try compiling. We do if (a) there
// is source code, and either (b0) there is no object code,
// or (b1) there is object code, but it's older than the source
if (javaFile.exists() &&
(!classFile.exists() ||
javaFile.lastModified() > classFile.lastModified())) {
try {
// Try to compile it. If this doesn't work, then
// we must declare failure. (It's not good enough to use
// and already-existing, but out-of-date, classfile)
if (!compile( javaFilename ) || !classFile.exists()) {
throw new ClassNotFoundException( "Compile failed: "+javaFilename );
}
} catch( IOException ie ) {
// Another place where we might come to if we fail
// to compile
throw new ClassNotFoundException( ie.toString() );
}
}
// Let's try to load up the raw bytes, assuming they were
// properly compiled, or didn't need to be compiled
try {
// read the bytes
byte raw[] = getBytes( classFilename );
// try to turn them into a class
clas = defineClass( name, raw, 0, raw.length );
} catch( IOException ie ) {
// This is not a failure! If we reach here, it might
// mean that we are dealing with a class in a library,
// such as java.lang.Object
}
//System.out.println( "defineClass: "+clas );
// Maybe the class is in a library -- try loading
// the normal way
if (clas==null) {
clas = findSystemClass( name );
}
//System.out.println( "findSystemClass: "+clas );
// Resolve the class, if any, but only if the "resolve"
// flag is set to true
if (resolve && clas != null)
resolveClass( clas );
// If we still don't have a class, it's an error
if (clas == null)
throw new ClassNotFoundException( name );
// Otherwise, return the class
return clas;
}
}import java.lang.reflect.*;
/*
CCLRun executes a Java program by loading it through a
CompilingClassLoader.
*/
public class CCLRun
{
static public void main( String args[] ) throws Exception {
// The first argument is the Java program (class) the user
// wants to run
String progClass = args[0];
// And the arguments to that program are just
// arguments 1..n, so separate those out into
// their own array
String progArgs[] = new String[args.length-1];
System.arraycopy( args, 1, progArgs, 0, progArgs.length );
// Create a CompilingClassLoader
CompilingClassLoader ccl = new CompilingClassLoader();
// Load the main class through our CCL
Class clas = ccl.loadClass( progClass );
// Use reflection to call its main() method, and to
// pass the arguments in.
// Get a class representing the type of the main method's argument
Class mainArgType[] = { (new String[0]).getClass() };
// Find the standard main method in the class
Method main = clas.getMethod( "main", mainArgType );
// Create a list containing the arguments -- in this case,
// an array of strings
Object argsArray[] = { progArgs };
// Call the method
main.invoke( null, argsArray );
}
}public class Foo
{
static public void main( String args[] ) throws Exception {
System.out.println( "foo! "+args[0]+" "+args[1] );
new Bar( args[0], args[1] );
}
}import baz.*;
public class Bar
{
public Bar( String a, String b ) {
System.out.println( "bar! "+a+" "+b );
new Baz( a, b );
try {
Class booClass = Class.forName( "Boo" );
Object boo = booClass.newInstance();
} catch( Exception e ) {
e.printStackTrace();
}
}
} package baz;
public class Baz
{
public Baz( String a, String b ) {
System.out.println( "baz! "+a+" "+b );
}
}public class Boo
{
public Boo() {
System.out.println( "Boo!" );
}
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基于Java类的加载方式之classloader类加载器详解
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以上がなぜ ClassLoader を書くのでしょうか? Javaのクラスローダーについての深い理解の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。