Pemuat Kelas di Jawa

Pengaturcaraan

1. Pengenalan kepada Pemuat Kelas

Pemuat kelas bertanggungjawab untuk memuat kelas Java semasa waktu larian secara dinamik ke JVM (Java Virtual Machine). Juga, mereka adalah bagian dari JRE (Java Runtime Environment). Oleh itu, JVM tidak perlu mengetahui mengenai fail atau sistem fail yang mendasari untuk menjalankan program Java terima kasih kepada pemuat kelas.

Juga, kelas Java ini tidak dimuat ke dalam memori sekaligus, tetapi apabila diperlukan oleh aplikasi. Di sinilah pemuat kelas masuk ke dalam gambar. Mereka bertanggungjawab untuk memuatkan kelas ke dalam memori.

Dalam tutorial ini, kita akan membincangkan pelbagai jenis pemuat kelas terbina dalam, cara mereka bekerja dan pengenalan pelaksanaan tersuai kita sendiri.

2. Jenis Pemuat Kelas Buatan Dalam

Mari kita mulakan dengan mengetahui bagaimana kelas yang berbeza dimuat menggunakan pelbagai pemuat kelas menggunakan contoh mudah:

public void printClassLoaders() throws ClassNotFoundException { System.out.println("Classloader of this class:" + PrintClassLoader.class.getClassLoader()); System.out.println("Classloader of Logging:" + Logging.class.getClassLoader()); System.out.println("Classloader of ArrayList:" + ArrayList.class.getClassLoader()); }

Apabila dilaksanakan kaedah di atas mencetak:

Class loader of this class:[email protected] Class loader of Logging:[email protected] Class loader of ArrayList:null

Seperti yang kita lihat, terdapat tiga pemuat kelas yang berbeza di sini; aplikasi, pelanjutan, dan bootstrap (dipaparkan sebagai null ).

Pemuat kelas aplikasi memuat kelas di mana kaedah contoh terkandung. Pemuat kelas aplikasi atau sistem memuat fail kita sendiri di classpath.

Seterusnya, pelanjutan memuatkan kelas Logging . Pemuat kelas pemuatan kelas pemuatan yang merupakan lanjutan dari kelas inti standard Java.

Akhirnya, bootstrap one memuatkan kelas ArrayList . Pemuat kelas bootstrap atau primordial adalah induk semua yang lain.

Walau bagaimanapun, kita dapat melihat bahawa yang terakhir keluar, untuk ArrayList ia memaparkan nol dalam output. Ini kerana pemuat kelas bootstrap ditulis dalam kod asli, bukan Java - jadi ia tidak muncul sebagai kelas Java. Kerana alasan ini, tingkah laku pemuat kelas bootstrap akan berbeza di seluruh JVM.

Sekarang mari kita bincangkan dengan lebih terperinci mengenai setiap pemuat kelas ini.

2.1. Pemuat Kelas Bootstrap

Kelas Java dimuat oleh contoh java.lang.ClassLoader . Walau bagaimanapun, pemuat kelas adalah kelas sendiri. Oleh itu, persoalannya ialah, siapa yang memuat java.lang.ClassLoader itu sendiri ?

Di sinilah bootstrap atau pemuat kelas primordial masuk ke dalam gambar.

Ini bertanggungjawab terutamanya untuk memuatkan kelas dalaman JDK, biasanya rt.jar dan perpustakaan teras lain yang terdapat di direktori $ JAVA_HOME / jre / lib . Selain itu, pemuat kelas Bootstrap berfungsi sebagai induk dari semua contoh ClassLoader yang lain .

Pemuat kelas bootstrap ini adalah sebahagian daripada inti JVM dan ditulis dalam kod asli seperti yang ditunjukkan dalam contoh di atas. Platform yang berbeza mungkin mempunyai pelaksanaan yang berbeza dari pemuat kelas tertentu ini.

2.2. Pemuat Kelas Sambungan

The loader kelas lanjutan adalah anak loader kelas bootstrap dan menjaga memuatkan sambungan kelas Java teras standard supaya ia tersedia untuk semua aplikasi yang berjalan pada platform.

Pemuat kelas peluasan dimuat dari direktori peluasan JDK, biasanya direktori $ JAVA_HOME / lib / ext atau direktori lain yang disebutkan dalam sifat sistem java.ext.dirs .

2.3. Pemuat Kelas Sistem

Pemuat kelas sistem atau aplikasi, sebaliknya, memuatkan semua kelas tahap aplikasi ke dalam JVM. Ia memuat fail yang terdapat dalam pemboleh ubah persekitaran classpath , pilihan baris perintah -classpath atau -cp . Juga, ia adalah anak kelas kelas Extensions.

3. Bagaimana Pemuat Kelas Berfungsi?

Pemuat kelas adalah sebahagian daripada Java Runtime Environment. Apabila JVM meminta kelas, pemuat kelas cuba mencari kelas dan memuatkan definisi kelas ke dalam runtime menggunakan nama kelas yang memenuhi syarat sepenuhnya.

Kaedah java.lang.ClassLoader.loadClass () bertanggungjawab untuk memuatkan definisi kelas ke dalam runtime . Ia cuba memuatkan kelas berdasarkan nama yang layak sepenuhnya.

Sekiranya kelas belum dimuat, ia akan menyerahkan permintaan tersebut kepada pemuat kelas induk. Proses ini berlaku secara berulang.

Akhirnya, jika pemuat kelas induk tidak menemui kelas, maka kelas anak akan memanggil kaedah java.net.URLClassLoader.findClass () untuk mencari kelas dalam sistem fail itu sendiri.

Sekiranya pemuat kelas kanak-kanak terakhir juga tidak dapat memuat kelas, ia membuang java.lang.NoClassDefFoundError atau java.lang.ClassNotFoundException.

Mari kita lihat contoh output semasa ClassNotFoundException dilemparkan.

java.lang.ClassNotFoundException: com.baeldung.classloader.SampleClassLoader at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:381) at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424) at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357) at java.lang.Class.forName0(Native Method) at java.lang.Class.forName(Class.java:348)

Sekiranya kita melalui urutan peristiwa langsung dari memanggil java.lang.Class.forName () , kita dapat memahami bahawa ia pertama kali cuba memuatkan kelas melalui pemuat kelas induk dan kemudian java.net.URLClassLoader.findClass () untuk mencari kelas itu sendiri.

Apabila masih tidak menemui kelas, ia akan membuang ClassNotFoundException.

Terdapat tiga ciri penting pemuat kelas.

3.1. Model Perwakilan

Pemuat kelas mengikuti model perwakilan di mana apabila diminta untuk mencari kelas atau sumber, contoh ClassLoader akan mewakilkan pencarian kelas atau sumber kepada pemuat kelas induk .

Katakanlah kita mempunyai permintaan untuk memuat kelas aplikasi ke JVM. Pemuat kelas sistem terlebih dahulu mewakilkan pemuatan kelas itu ke pemuat kelas pelanjutan induknya yang seterusnya mendelegasikannya ke pemuat kelas bootstrap.

Hanya jika bootstrap dan kemudian pemuat kelas pelanjutan tidak berjaya memuatkan kelas, pemuat kelas sistem cuba memuatkan kelas itu sendiri.

3.2. Kelas Unik

Akibat daripada model delegasi, mudah untuk memastikan kelas yang unik kerana kami selalu berusaha untuk mendelegasikan ke atas .

Sekiranya pemuat kelas induk tidak dapat mencari kelas, hanya dengan contoh semasa akan berusaha melakukannya sendiri.

3.3. Penglihatan

Di samping itu, pemuat kelas kanak-kanak dapat dilihat pada kelas yang dimuatkan oleh pemuat kelas induknya .

For instance, classes loaded by the system class loader have visibility into classes loaded by the extension and Bootstrap class loaders but not vice-versa.

To illustrate this, if Class A is loaded by an application class loader and class B is loaded by the extensions class loader, then both A and B classes are visible as far as other classes loaded by Application class loader are concerned.

Class B, nonetheless, is the only class visible as far as other classes loaded by the extension class loader are concerned.

4. Custom ClassLoader

The built-in class loader would suffice in most of the cases where the files are already in the file system.

However, in scenarios where we need to load classes out of the local hard drive or a network, we may need to make use of custom class loaders.

In this section, we'll cover some other uses cases for custom class loaders and we'll demonstrate how to create one.

4.1. Custom Class Loaders Use-Cases

Custom class loaders are helpful for more than just loading the class during runtime, a few use cases might include:

  1. Helping in modifying the existing bytecode, e.g. weaving agents
  2. Creating classes dynamically suited to the user's needs. e.g in JDBC, switching between different driver implementations is done through dynamic class loading.
  3. Implementing a class versioning mechanism while loading different bytecodes for classes with same names and packages. This can be done either through URL class loader (load jars via URLs) or custom class loaders.

There are more concrete examples where custom class loaders might come in handy.

Browsers, for instance, use a custom class loader to load executable content from a website. A browser can load applets from different web pages using separate class loaders. The applet viewer which is used to run applets contains a ClassLoader that accesses a website on a remote server instead of looking in the local file system.

And then loads the raw bytecode files via HTTP, and turns them into classes inside the JVM. Even if these applets have the same name, they are considered as different components if loaded by different class loaders.

Now that we understand why custom class loaders are relevant, let's implement a subclass of ClassLoader to extend and summarise the functionality of how the JVM loads classes.

4.2. Creating Our Custom Class Loader

For illustration purposes, let's say we need to load classes from a file using a custom class loader.

We need to extend the ClassLoader class and override the findClass() method:

public class CustomClassLoader extends ClassLoader { @Override public Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException { byte[] b = loadClassFromFile(name); return defineClass(name, b, 0, b.length); } private byte[] loadClassFromFile(String fileName) { InputStream inputStream = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream( fileName.replace('.', File.separatorChar) + ".class"); byte[] buffer; ByteArrayOutputStream byteStream = new ByteArrayOutputStream(); int nextValue = 0; try { while ( (nextValue = inputStream.read()) != -1 ) { byteStream.write(nextValue); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } buffer = byteStream.toByteArray(); return buffer; } }

In the above example, we defined a custom class loader that extends the default class loader and loads a byte array from the specified file.

5. Understanding java.lang.ClassLoader

Let's discuss a few essential methods from the java.lang.ClassLoader class to get a clearer picture of how it works.

5.1. The loadClass() Method

public Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {

This method is responsible for loading the class given a name parameter. The name parameter refers to the fully qualified class name.

The Java Virtual Machine invokes loadClass() method to resolve class references setting resolve to true. However, it isn't always necessary to resolve a class. If we only need to determine if the class exists or not, then resolve parameter is set to false.

This method serves as an entry point for the class loader.

We can try to understand the internal working of the loadClass() method from the source code of java.lang.ClassLoader:

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. c = findClass(name); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; } }

The default implementation of the method searches for classes in the following order:

  1. Invokes the findLoadedClass(String) method to see if the class is already loaded.
  2. Invokes the loadClass(String) method on the parent class loader.
  3. Invoke the findClass(String) method to find the class.

5.2. The defineClass() Method

protected final Class defineClass( String name, byte[] b, int off, int len) throws ClassFormatError

This method is responsible for the conversion of an array of bytes into an instance of a class. And before we use the class, we need to resolve it.

In case data didn't contain a valid class, it throws a ClassFormatError.

Also, we can't override this method since it's marked as final.

5.3. The findClass() Method

protected Class findClass( String name) throws ClassNotFoundException

This method finds the class with the fully qualified name as a parameter. We need to override this method in custom class loader implementations that follow the delegation model for loading classes.

Also, loadClass() invokes this method if the parent class loader couldn't find the requested class.

The default implementation throws a ClassNotFoundException if no parent of the class loader finds the class.

5.4. The getParent() Method

public final ClassLoader getParent()

This method returns the parent class loader for delegation.

Some implementations like the one seen before in Section 2. use null to represent the bootstrap class loader.

5.5. The getResource() Method

public URL getResource(String name)

This method tries to find a resource with the given name.

It will first delegate to the parent class loader for the resource. If the parent is null, the path of the class loader built into the virtual machine is searched.

If that fails, then the method will invoke findResource(String) to find the resource. The resource name specified as an input can be relative or absolute to the classpath.

It returns an URL object for reading the resource, or null if the resource could not be found or if the invoker doesn't have adequate privileges to return the resource.

It's important to note that Java loads resources from the classpath.

Finally, resource loading in Java is considered location-independent as it doesn't matter where the code is running as long as the environment is set to find the resources.

6. Context Classloaders

In general, context class loaders provide an alternative method to the class-loading delegation scheme introduced in J2SE.

Like we've learned before, classloaders in a JVM follow a hierarchical model such that every class loader has a single parent with the exception of the bootstrap class loader.

However, sometimes when JVM core classes need to dynamically load classes or resources provided by application developers, we might encounter a problem.

For example, in JNDI the core functionality is implemented by bootstrap classes in rt.jar. But these JNDI classes may load JNDI providers implemented by independent vendors (deployed in the application classpath). This scenario calls for the bootstrap class loader (parent class loader) to load a class visible to application loader (child class loader).

J2SE delegation doesn't work here and to get around this problem, we need to find alternative ways of class loading. And it can be achieved using thread context loaders.

The java.lang.Thread class has a method getContextClassLoader() that returns the ContextClassLoader for the particular thread. The ContextClassLoader is provided by the creator of the thread when loading resources and classes.

If the value isn't set, then it defaults to the class loader context of the parent thread.

7. Conclusion

Class loaders are essential to execute a Java program. We've provided a good introduction as part of this article.

Kami bercakap mengenai pelbagai jenis pemuat kelas iaitu - Bootstrap, Extensions dan Loader kelas Sistem. Bootstrap berfungsi sebagai ibu bapa untuk semua mereka dan bertanggungjawab untuk memuatkan kelas dalaman JDK. Sambungan dan sistem, sebaliknya, memuat kelas dari direktori pelanjutan Java dan classpath masing-masing.

Kemudian kami membincangkan bagaimana pemuat kelas berfungsi dan kami membincangkan beberapa ciri seperti perwakilan, keterlihatan, dan keunikan diikuti dengan penjelasan ringkas tentang cara membuat yang khusus. Akhirnya, kami memberikan pengenalan kepada pemuat kelas Konteks.

Contoh kod, seperti biasa, boleh didapati di GitHub.