芻議Java動態(tài)類加載機制研究與應(yīng)用

目前計算機的運行可以說已經(jīng)離不開Java編程體系，Java是指一種能夠撰寫跨平臺的應(yīng)用軟件的面向其對象的程序設(shè)計語言。JVM（虛擬機）是Java編程體系的核心，而Java的動態(tài)類加載則是JVM的重要特征之一。本文就Java的動態(tài)類加載機制的研究與應(yīng)用，淺要分析了Java的動態(tài)類加載器的原理與層次體系結(jié)構(gòu)，以作參考。

【關(guān)鍵詞】Java虛擬機 動態(tài)類加載機制 體系結(jié)構(gòu) 研究應(yīng)用

1 Java類加載的層次體系結(jié)構(gòu)

Java中的所有類都是經(jīng)由裝載到j(luò)vm中的類加載器加載完成的，類加載器就是把類文件從硬盤讀取到內(nèi)存中。Java中的類可分為Java系統(tǒng)核心類。擴展類以及由程序員自定義的類；jvm的加載器也分為Bootstrap，classLoader，ExtClassLoader以及AppClassLoader，其分別對應(yīng)的是加載Java的系統(tǒng)核心、擴展以及程序員自定義的應(yīng)用類。另外，除了jvm默認的三個加載器，第三方如果有特殊的需求，也可以自己編寫類加載器。就比如，如果需要加密指定目錄的類，就只能用我們自己類的加載器才能解密加載。

2 Java動態(tài)類加載機制的原理

JVM解釋字節(jié)碼，就得經(jīng)過加載、連接以及初始化三個過程，通過這三個過程創(chuàng)建了一個類型，且被Java程序所使用。

2.1 加載

就是要通過尋找類或者是接口字節(jié)碼文件，從而來進行解析并且構(gòu)造出JVM內(nèi)部對象所表示的組件。

2.2 連接

即是將加載過的二進制數(shù)據(jù)進行合并，進入到JVM中，其中包括有檢查、準備以及解析三個階段。

2.3 初始化

也就是對靜態(tài)的變量、靜態(tài)代碼塊進行初始化工作。

也就是說，JVM在運行時會產(chǎn)生幾個類加載器，而當(dāng)類加載器要運行時，Java對類加載器進行了分工以及分級，以方便多個類加載器的協(xié)調(diào)工作。而且同一級別的類加載器負責(zé)相應(yīng)級別的類。JVM采用的是“全盤負責(zé)雙親委托模型”的類加載器機制，“全盤負責(zé)”指的是一個加載器裝載一個雷=類，該類依靠和引用的類也是從這個加載器載入。“委托模型”則是說加載器加載某個類時，會先在加載器中檢測需要加載的類有沒有加載，加載了便直接返回到先前加載過的類對象，反之，這個類沒有被加載過，就把其類名上交給父類加載器，讓父類加載器去加載，如果父類加載器可以加載，就返回對應(yīng)的class對象，不然就還是得繼續(xù)向上提交到根引導(dǎo)類加載器，這就是一個遞歸的過程。從安全性方面考慮，只有在根引導(dǎo)器都無法加載了，才從自己的類路徑里查詢裝載目標(biāo)類，這樣的話，就算是有人寫了惡性的基礎(chǔ)類，并將其加載到了JVM中，但是一旦有了委托模型，就永遠是根加載轉(zhuǎn)載基礎(chǔ)類，也就能夠抵制惡劣后果的出現(xiàn)了。

3 Java動態(tài)類加載的實現(xiàn)

JVM加載類的方式主要分為隱形加載和顯式加載。隱式加載是指程序在運行時用new等的方式生成對象然后加載到對應(yīng)的JVM里，顯式裝載是程序員把需要的類加載器加載到內(nèi)存當(dāng)中。有兩種方法，分別是Class.forName以及java.lang.ClassLoader，其顯式加載很大程度上提高了程序的靈活性。任何類的加載都是經(jīng)由抽象類、ClassLoader類和其子類實現(xiàn)，是屬于Java核心API的一部分，所有的自定義類加，載器必須得繼承以及實例化該類，其主要途徑有：

3.1 Class loadClass

用委托機制來加載該類，檢查此類加載器中要加載的項目是不是已經(jīng)加載過，是的話就返回到先搶加載過該類的對象，若是沒有被加載，就讓父類加載器加載，最后調(diào)用finaClass的方法查找該類。

3.2 Class findClass

可通過制定的二進制查找該類，用父類加載器檢查好所有請求的類以后，這個方法會被loadClass所調(diào)回，loadClass的缺省實現(xiàn)調(diào)用此方法，且能夠?qū)ζ涓采w定制。

3.3 Class defineClass

此種方法主要是把字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)化成類的字節(jié)碼。

3.4 Class findSystem

用系統(tǒng)類的加載器加載該類文件，若有，為將該文件裝換成類，可以把其原始的字節(jié)轉(zhuǎn)換為Class對象。

3.5 Class findLoadedClass

若是Java虛擬機已經(jīng)把這個加載器記錄成二進制名稱的某個類加載器，就返回此二進制名稱的類。

4 Java動態(tài)類加載的運用

Java的動態(tài)類加載器能夠?qū)σ呀?jīng)完整的程序進行改造，其加載功能相當(dāng)強大，能夠通過控制類的加載過程，從而豐富程序功能，比如常用到的網(wǎng)絡(luò)頁面，建立了一個手機網(wǎng)站，后臺的分工十分細化。首先分配控制欄目以及公共功能，然后建立差異化和可拔插模塊，將靜態(tài)頁面動起來，以動態(tài)化的方式滿足不同人的需求。靈活性調(diào)整模塊的功能，讓系統(tǒng)更加靈活且最大化的擴展系統(tǒng)。同時這種動態(tài)的加載既在一定程度上降低了網(wǎng)頁受到惡性攻擊的風(fēng)險，也提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與流暢性，讓用戶得到更好更深層次的體驗。

綜上所述，Java動態(tài)類加載毫無疑問是Java程序中具有動態(tài)性的關(guān)鍵機制，同時也是JVM的一項核心技術(shù)，在程序設(shè)計領(lǐng)域中動態(tài)加載機制占據(jù)著重要的位置，它可以自定義的加載策略以及實現(xiàn)動態(tài)名字的空間，具有非常大的靈活性。深入學(xué)習(xí)Java動態(tài)類加載機制可以有效提高Java程序的質(zhì)量以及效率，本文主要對Java動態(tài)類加載機制做了一個簡要分析和探討，但是Java動態(tài)類加載的重點和運用絕對不僅限于這些，還有很多我們發(fā)現(xiàn)或者沒發(fā)現(xiàn)的作用和機理，這些都還有待日后的進一步探討。

參考文獻

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作者簡介

朱丹丹（1969-），女，湖北省荊州市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為仙桃職業(yè)學(xué)院講師。研究方向為Java、Android應(yīng)用開發(fā)。

作者單位

仙桃職業(yè)學(xué)院 湖北省仙桃市 433000