Java自定义类加载器全解
1、为什么要自定义类加载器呢？有什么好处
①、隔离加载类
在某些框架内进行中间件与应用的模块隔离，把类加载到不同的环境。比如:阿里内某容器框架通过自定义类加载器确保应用中依赖的jar包不会影响到中间件运行时使用的jar包。再比如:Tomcat这类Web应用服务器，内部自定义了好几种类加载器，用于隔离同一个Web应用服务器上的不同应用程序。
两个jar包内都存在相同类名且包名相同，如果没有隔离加载类，则会报错，如：两个版本的jar
②、修改类加载方式
类的加载模型并非强制，除Bootstrap外，其他的加载并非一定要引入，或者根据实际情况在某个时间点进行按需进行动态加载
③、扩展加载源
比如从数据库、网络、甚至是电视机机顶盒进行加载
④、防止源码泄露
JAVA代码容易被编译和篡改，可以进行编译加密。那么类加载也需要自定义，还原加密的字节码。
通常Java系统想增加License(授权)，就可以通过自定义类加载器实现。
具体实现我们在最后面测试。
2、自定义类加载器的使用场景
①、实现类似进程内隔离，类加载器实际上用作不同的命名空间，以提供类似容器、模块化的效果。例如，两个模块依赖于某个类库的不同版本，如果分别被不同的容器加载，就可以互不干扰。这个方面的集大成者是JavaEE和OSGI、JPMS等框架。
②、应用需要从不同的数据源获取类定义信息，例如网络数据源，而不是本地文件系统。或者是需要自己操纵字节码，动态修改或者生成类型。
3、类加载器注意点
在一般情况下，使用不同的类加载器去加载不同的功能模块，会提高应用程序的安全性。但是，如果涉及Java类型转换，则加载器反而容易产生不美好的事情。在做Java类型转换时，只有两个类型都是由同一个加载器所加载，才能进行类型转换，否则转换时会发生异常。
4、自定义类加载器实现方式
Java提供了抽象类java.lang.ClassLoader，所有用户自定义的类加载器都应该继承ClassLoader类。
在自定义ClassLoader的子类时候，我们常见的会有两种做法:
- 方式一:重写loadClass()方法
- 方式二:重写findClass()方法
对比
这两种方法本质上差不多，毕竟loadClass()也会调用findClass()，但是从逻辑上讲我们最好不要直接修改loadClass()的内部逻辑。建议的做法是只在findClass()里重写自定义类的加载方法，根据参数指定类的名字，返回对应的Class对象的引用。
loadClass()这个方法是实现双亲委派模型逻辑的地方，擅自修改这个方法会导致模型被破坏，容易造成问题。同时，也避免了自己重写loadClass()方法的过程中必须写双亲委托的重复代码，从代码的复用性来看，不直接修改这个方法始终是比较好的选择。
当编写好自定义类加载器后，便可以在程序中调用loadClass()方法来实现类加载操作。
ClassLoader类中loadClass()方法源码，可以看出内部调用了findClass()方法
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
// 通过类的全限定名称（加包名）调用findClass方法查找类
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
说明
- 自定义加载器的父类加载器是系统类加载器
- JVM中的所有类加载都会使用java.lang.ClassLoader.loadClass(String)接口(自定义类加载器并重写java.lang.ClassLoader.loadClass(String)接口的除外)，连JDK的核心类库也不能例外。
5、通过重写findClass()方法实现自定义类加载器
①、自定义类com.lc.Demo
package com.lc;
/**
* @author liuchao
* @date 2023/3/25
*/
public class Demo {
public void hello() {
System.out.println("myClassLoader hello");
}
}
通过javac Demo 将 类编译为Demo.class 文件放入/Users/liuchao/Desktop/文件夹下
②、自定义类加载器MyClassLoader
package com.lc;
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
/**
* 自定义ClassLoader
*
* @author liuchao
* @date 2023/3/25
*/
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
/**
* 负责加载的类所属目录
*/
public String classPath;
/**
* 包名
*/
public String packageName;
public MyClassLoader(String packageName, String classPath) {
this.packageName = packageName;
this.classPath = classPath;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) {
//获取字节码完整路径
String fileName = classPath + name + ".class";
ByteArrayOutputStream baos = null;
BufferedInputStream bis = null;
try {
//获取输入流
bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(fileName));
//获取输出流
baos = new ByteArrayOutputStream();
//读取数据写入输出流
int len;
byte[] data = new byte[1024];
while ((len = bis.read(data)) != -1) {
baos.write(data, 0, len);
}
//获取内存中完整的字节素组数据
byte[] byteCodes = baos.toByteArray();
//通过调用defineClass 方法将字节数组转换为class的实例
return defineClass(packageName + "." + name, byteCodes, 0, byteCodes.length);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
try {
if (null != baos) {
baos.close();
}
if (null != bis) {
bis.close();
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
}
③、写测试代码MyClassLoaderTest
package com.lc;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* 测试
*
* @author liuchao
* @date 2023/3/25
*/
public class MyClassLoaderTest {
public static void mAIn(String[] args) throws Exception {
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("com.lc", "/Users/liuchao/Desktop/");
Class clazz = classLoader.loadClass("Demo");
System.out.println("当前Demo类的加载器为：" + clazz.getClassLoader().getClass().getName());
System.out.println("当前Demo类的加载器的父类加载器为：" + clazz.getClassLoader().getClass().getClassLoader().getClass().getName());
Method method = clazz.getMethod("hello");
Object obj = clazz.newInstance();
method.setAccessible(Boolean.TRUE);
method.invoke(obj);
}
}
执行效果：
至此我们的自定义类加载器就算完成了
6、自定义类加载器实现Java license
我们改造第5节的代码
①、增加字节码加密方法
@Test
public void test01() {
//秘钥
String secretKey = "12asdfwe23123212";
String className = "Demo";
//原字节码
byte[] byteCodes = FileUtil.readBytes("/Users/liuchao/Desktop/" + className + ".class");
//加密后的字节码
byte[] encryptByteCodes = SecureUtil.aes(secretKey.getBytes()).encrypt(byteCodes);
//加密后的字节码重新生成新的class文件放入 temp目录下
FileUtil.writeBytes(encryptByteCodes, "/Users/liuchao/Desktop/temp/" + className + ".class");
}
②、改造MyClassLoader类
package com.lc;
import cn.hutool.crypto.SecureUtil;
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
/**
* 自定义ClassLoader
*
* @author liuchao
* @date 2023/3/25
*/
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
/**
* 负责加载的类所属目录
*/
public String classPath;
/**
* 包名
*/
public String packageName;
/**
* 秘钥
*/
public String secretKey;
public MyClassLoader(String secretKey, String packageName, String classPath) {
this.secretKey = secretKey;
this.packageName = packageName;
this.classPath = classPath;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) {
//获取字节码完整路径
String fileName = classPath + name + ".class";
ByteArrayOutputStream baos = null;
BufferedInputStream bis = null;
try {
//获取输入流
bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(fileName));
//获取输出流
baos = new ByteArrayOutputStream();
//读取数据写入输出流
int len;
byte[] data = new byte[1024];
while ((len = bis.read(data)) != -1) {
baos.write(data, 0, len);
}
//获取内存中完整的字节素组数据 （加密的）
byte[] encryptByteCodes = baos.toByteArray();
//解密返回
byte[] byteCodes = SecureUtil.aes(secretKey.getBytes()).decrypt(encryptByteCodes);
//通过调用defineClass 方法将字节数组转换为class的实例
return defineClass(packageName + "." + name, byteCodes, 0, byteCodes.length);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
try {
if (null != baos) {
baos.close();
}
if (null != bis) {
bis.close();
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
}
③、调用测试
package com.lc;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* 测试
*
* @author liuchao
* @date 2023/3/25
*/
public class MyClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String secretKey = "12asdfwe23123212";
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader(secretKey, "com.lc", "/Users/liuchao/Desktop/temp/");
Class clazz = classLoader.loadClass("Demo");
System.out.println("当前Demo类的加载器为：" + clazz.getClassLoader().getClass().getName());
System.out.println("当前Demo类的加载器的父类加载器为：" + clazz.getClassLoader().getClass().getClassLoader().getClass().getName());
Method method = clazz.getMethod("hello");
Object obj = clazz.newInstance();
method.setAccessible(Boolean.TRUE);
method.invoke(obj);
}
}
效果：
在未解密之前，想打开加密后的类，效果：
当然现实中，需要有秘钥过期时间的限制，大家可以在此基础上继续扩展。
