实 现JAVA 的 动 态 类 载 入 机 制

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 = "";

      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。