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发信人: checcy (老巴夺), 信区: Software
标  题: 实现JAVA 的动态类载入机制
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon Apr  6 12:07:28 1998), 转信

          实现JAVA 的动态类载入机制

                  车飞（chf@publicyx.jn.sd.cn）

---- 作为充分利用Java 的动态类载入机制的最好例子，带
有Java 扩展的Web 浏览器根据请求从网络或本地文件系统中
动态加载Java applet（遵循一定规则的Java 小应用程序类），
然后在本地系统中执行它，大大增强了主页的功能。

---- 其实，Java 本身就是一种极具动态性的语言。类似
Windows 的动态链接库（DLL），Java 应用程序总是被编译成若
干个单独的class 文件，程序执行时根据需要由Java 虚拟机
动态载入相应的类。这种机制使编写动态的分布式应用
程
序成为可能：我们可以在客户端编写自己的类载入器，而
真正执行的程序却存放在本地、局域网或世界另一端的
主
机上。下面将介绍如何在自己的应用程序中实现Java 的动
态类载入机制。

与动态类载入有关的系统类

---- 为支持动态类载入机制，在系统类组java.lang 中提供了
两个类：Class 类和ClassLoader 类。

---- 1、类java.lang.Class。在Java 虚拟机中，每一个类或接口
都是由Class 类来操纵的，它不能被显式的实例化，必须用
其他方法来获取Class 类的对象。动态类载入机制的关键一
步在于如何获得指定类的Class 类型的对象。相关方法主要
有：

---- public static Class forName(String className)

---- 这是一个静态方法，它获取指定名字的类的Class 类型
对象，类名可以是象“sun.applet.Applet” 这样的字符串，但不
能带有路径或网络地址等信息。这是从本地系统中动态
载
入类的最方便的办法。

---- public Object newInstance()

---- 这是最重要的一个方法，它建立由Class 类型对象描述
的指定类的实例。

---- 下面是一个用forName() 和newInstance() 方法实现动态类载
入的代码，share 类包含一个接口，详细内容将在第三部分
中解释。

try{
//根据类名建立Class类型的对象。
Class cc =Class.forName("类名"))；
//建立被载入类类的实例并强制类型转换，
值赋给share类型的变量。
share oo=（（share）cc）.newInstance();
//调用该类的方法进行工作。
}
catch (Exception ex){
//如果发生例外，则进行相应处理。
};

---- 2、类java.lang.ClassLoader。这是一个抽象类，如果打算运
用它，必须继承它并重写它的loadClass() 方法。其主要方法
有：

---- protected ClassLoader();

---- 这是一个建构元，可以用它建立一个ClassLoader 类的实
例。注意继承这个类的类必须重写这个方法，而不能使用
缺省的建构元。

---- protected abstract Class loadClass(String name, boolean resolve)

---- 载入指定的类数据，建立Class 类型的对象并根据需要
解析它。这是一个抽象方法，大家必须在自己的子类中重
写这个方法，重写的规则可以参考第三部分的例子。

---- protected final Class defineClass(byte data[], int offset, int
length)

---- 将字节数组中的数据定义为Class 类型的对象，字节数
组的格式由虚拟机规定。

---- protected final Class findSystemClass(String name)

---- 根据指定的类名载入类，它会自动在当前目录和环境
变量“CLASSPATH” 指定的路径中寻找，如果找不到，则会抛
出ClassNotFoundException 例外。

---- protected final void resolveClass(Class c)

---- 通过载入与指定的类相关的所有类来解析这个类，这
必须在类被使用之前完成。

扩充ClasslLader 类以实现动态类载入

---- 理解动态类载入机制的最好办法是通过例子，下面这
个完整的例子由四个类组成，分别解释如下：

---- 1、MyClassLoader 类是ClassLoader 类的子类，它重写了
loadClass 方法，实现了将网络上用URL 地址指定的类动态载
入，取得它的Class 类型对象的功能。读者可根据自己载入
类的具体方式改写下面的代码。

import java.io.*;
import java.util.*;
import java.net.*;

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
        //定义哈希表（Hashtable）类型的变量，
     用于保存被载入的类数据。
        Hashtable loadedClasses;

        public MyClassLoader() {
                loadedClasses = new Hashtable();
        }

public synchronized Class loadClass(String className,
                boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
                Class newClass;
                byte[] classData;

                //检查要载入的类数据是否已经被保存在哈希表中。
                newClass = (Class) loadedClasses.get(className);
                //如果类数据已经存在且resolve值为true，则解析它。
                if (newClass != null){
                        if (resolve)
                                resolveClass(newClass);
                        return newClass;
                }

---- /* 首先试图从本地系统类组中载入指定类。这是必须
的，因为虚拟机将这个类载入后，在解析和执行它时所用
到的任何其他类，如java.lang.System 类等，均不再使用虚拟
机的类载入器，而是调用我们自制的类载入器来加载。*/

                try {
                        newClass = findSystemClass(className);
                        return newClass;
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                        System.out.println(className+" is not a system
class!");
                }

                //如果不是系统类，
         则试图从网络中指定的URL地址载入类。
                try {
                        //用自定义方法载入类数据，
             存放于字节数组classData中。
                        classData = getClassData(className);

//由字节数组所包含的数据建立一个class类型的对象。
                        newClass = defineClass(classData, 0,
classData.length);
                        if (newClass == null)
                                throw new
ClassNotFoundException(className);
                } catch (Exception e) {
                        throw new ClassNotFoundException(className);
                }

                //如果类被正确载入，
         则将类数据保存在哈希表中，以备再次使用。
                loadedClasses.put(className, newClass);
                //如果resolve值为true，则解析类数据。
                if (resolve){
                        resolveClass(newClass);
                        }
                return newClass;
     }
        //这个方法从网络中载入类数据。
protected byte[] getClassData(String className)
throws IOException {
        byte[] data;
        int length;
                try {
                        //从网络中采用URL类的方法
             载入指定URL地址的类的数据。
                        URL url = new URL(className.endsWith(".class") ?
                     className : className + ".class");
                        URLConnection connection = url.openConnection();
                        InputStream inputStream =
connection.getInputStream();
                        length = connection.getContentLength();

                        data = new byte[length];
                        inputStream.read(data);
                        inputStream.close();
                        return data;
                } catch(Exception e) {
                        throw new IOException(className);
                }
        }
}

---- 2、由于Java 是强类型检查语言，通过网络载入后的类
被实例化后只是一个Object 类型的对象，虚拟机并不知道
它包含那些方法，应从哪个方法开始执行。因此，可以被
动态载入的类必须继承某一个抽象类或实现某一个接
口，
因为父类只能有一个，所以通常用实现特定接口的办法。
下面的代码定义了一个接口类share 和它的方法start()。

public interface share {
        public void start(String[] option);
}

---- 3、TestClassLoader 类通过使用MyClassLoader 类的loadClass() 方
法，将指定URL 地址的类载入并在本地系统执行它，实现了
类的动态载入。注意在执行被载入类的方法前一定要将
它
进行强制数据类型转换。

public class TestClassLoader {
        public static void main(String[] args){
                MyClassLoader ll = new MyClassLoader();
      Class cc;
                Object oo;
      String ss = "http://kyzser.ydxx/classLoader/Tested.class";

      if (args.length != 0) ss = args[0];
      try {
                System.out.println("Loading class "+ss+"...");
                        //使用重写的方法loadClass()载入类数据。
                                cc = ll.loadClass(ss);
                                System.out.println("Creat instance...");
                                //创建Object类型的类实例。
                                oo = cc.newInstance();
                                System.out.println("Call start()
method...");
                                //强制类型转换并执行被载入类中的方法。
                                ((share) oo).start(args);
                }catch (Exception e) {
                System.out.println("Caught exception : "+e);
                }
}
}

---- 4、Tested 类很简单，可以将它放在任何WEB 服务器上，但
应注意能动态载入且被执行的类，一定要实现预先定义
的
接口中的方法。下面的例子实现了接口share 的start 方法。

public class Tested implements share{
        public void start(String[] option){
                //填写程序代码。
        }
}

动态类载入机制的几点应用

---- 1、开发分布式应用。这对开发远程的客户端应用程
序最有用，客户端仅需要安装一些基本的系统和一个能
实
现动态类载入机制的类，需要本地系统不存在的功能时，
仅需要从网络动态载入并执行相应类即可获得特定功
能。
因为客户端所使用的总是软件的最新版本，所以不再存
在
软件的升级和维护问题，即实现了所谓的“ 零管理” 模
式。

---- 2、对.class 文件加密。由于Java 的字节码（bytecode）容易
被反编译，大部分开发Java 应用程序的公司均担心自己的
成果被别人不劳而获。其实可以将类文件进行适当的加
密
处理，执行时使用自己的类载入器进行相应的解密，就可
以解决这个问题。

---- 3、使第三方开发者易于扩展你的应用。从前面可知，
所有可以被你的类载入器动态载入并被执行的类，必须
继
承你定义的类或实现你定义的接口，这样，你可以制订一
些规则，使其他开发者不必了解你的应用程序也可以扩
充
功能。

---- 当然，有利必有弊，在网络中使用动态类载入的主要
缺陷在于安全性，很难保证不载入不怀好意的代码，这个
问题要靠Java 的安全管理器和适当的加密算法来解决，已
超出本文的讨论范围。

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Chengyan Che - Software Freelancer
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