初探Java类加载机制

一、自JDK 1.2以来，类加载机制通过委托模式实现。这意味着当ClassLoader无法找到某个类时，它会请求其父类ClassLoader协助完成这个任务。所有的ClassLoader的根源是系统ClassLoader，它会默认从本地文件系统加载类。今天，我们将深入在JVM中这些机制是如何运行的。假设存在一个class字节码文件（例如Hello.class文件），我们将会解释它在应用程序中是如何被加载，并转化为一个类对象的。

在java.lang包中，存在一个名为ClassLoader的类。ClassLoader的主要目标是为类的请求提供服务。当JVM需要使用类时，它会根据类的名称向ClassLoader发出请求，然后ClassLoader尝试返回一个表示该类的Class对象。通过覆盖与这个过程不同阶段对应的方法，我们可以创建定制的ClassLoader。其中，loadClass(String name, boolean resolve)方法是ClassLoader的入口点。在JDK 1.2之后，loadClass方法将默认调用findClass方法。我们编写的ClassLoader主要就是为了覆盖这两个方法。

那么，如何读取字节码文件并将其转化为一个类对象呢？答案在于ClassLoader中的defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)方法。我们将class字节码文件（如Hello.class）读取到一个字节数组中，然后将其转化为Class对象。这些数据可以来源于文件、网络等。

defineClass方法管理了JVM的许多复杂、神秘和依赖于实现的方面，例如将字节码分析成运行时数据结构以及验证有效性等。幸运的是，我们无需亲自编写这部分代码，因为defineClass方法已被标记为最终的，无法被覆盖。

关于其他方法，findSystemClass从本地文件系统加载类，它在本地文件系统中查找类文件，如果存在则将其转换为Class对象。findClass方法在JDK 1.2之后成为loadClass的默认实现所调用的新方法。findClass包含了ClassLoader的所有特殊代码，无需复制其他代码。getSystemClassLoader方法使我们能够访问系统ClassLoader的实际对象，而不是仅仅在findSystemClass调用中访问。getParent方法允许ClassLoader获取其父类ClassLoader，以便将类请求委托给父类。resolveClass方法可以根据loadClass的resolve参数的值选择不完全或完全地加载类。findLoadedClass方法充当缓存，查看ClassLoader是否已经加载了某个类，以避免重复加载已存在的类造成的麻烦。

二、工作流程如下：

1. 首先调用findLoadedClass(String)来检查是否已经加载了该类。如果没有，则采用特殊方式获取原始字节。

2. 通过父类ClassLoader调用loadClass方法。如果父类ClassLoader为null，则按默认方式（即系统ClassLoader）加载类。

3. 调用findClass(String)来查找类并获取类的信息。

4. 如果loadClass的resolve参数为true，则调用resolveClassClass对象。

5. 如果没有找到类，则抛出ClassNotFoundException异常。

6. 将类返回给调用程序。

三、一个ClassLoader的生动实例

我们有一个名为CompilingClassLoader的Java类，它是ClassLoader的一个扩展。这个ClassLoader具有一些独特的功能，让我们深入了解它的实现细节。

它有一个方法getBytes，用于读取文件的内容。这个方法通过FileInputStream读取文件，并将其内容转化为字节数组。这个过程需要注意文件的读取情况，如果无法完全读取文件内容，会抛出IOException。

接着，我们有一个方法pile，用于编译Java文件。它调用系统的javac命令进行编译，并等待编译完成。如果编译失败，会抛出异常。

在loadClass方法中，它首先尝试从已加载的类中查找指定的类。如果不存在或者需要重新编译，它会尝试编译对应的Java文件并加载生成的类文件。这个过程涉及到文件的读写和类的定义，是此ClassLoader的核心功能。

为了测试这个ClassLoader，我们有一个TestRun类。在main方法中，它使用CompilingClassLoader加载指定的类，并调用其main方法。这允许我们动态地运行Java程序。

四、运行我们的ClassLoader的例子

我们有一个简单的Hello类，它的main方法接收一个参数并打印出"Hello, [参数]"。为了运行这个类，我们可以使用我们编写的CompilingClassLoader和TestRun。

要运行这个示例，只需执行命令"java TestRun Hello 阿飞"。你会看到输出"Hello,阿飞"。这是一个简单的演示，展示了如何使用我们的CompilingClassLoader动态加载并执行Java类。这种机制在动态加载插件、热部署等场景中非常有用。

注意：以上代码仅供参考和学习目的，实际使用中可能需要根据具体情况进行调整和优化。对于生产环境，建议使用成熟的ClassLoader和类加载机制，以确保稳定性和安全性。