Java 关于类加载器ClassLoader的有趣实验

原理(大概)
有趣的用途(大概)
- Hook某些java应用
- 动态编译/加载(刷题实现原理?

做个笔记，马克一下。

原理(大概)

类加载器的分类

启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):
- 主要负责加载<JAVA_HOME>\lib目录，或是-Xbootclasspath参数指定的路径中的类库到虚拟机内存中。
- System.getProperty("sun.boot.class.path")
扩展类加载器(Extension ClassLoader):
- 主要负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库。
- System.getProperty("java.ext.dirs")
应用程序类加载器/系统类加载器(Application ClassLoader):
- 主要负责加载ClassPath路径上的类库，是默认的类加载器。
- System.getProperty("java.class.path")

类的加载

类加载器的双亲委派模型
- 不多说了，启动类加载器优先级最高，它找到了加载类就是加载的它指定的那个了。扩展类加载器次之，系统类加载器最次。

关于`Xbootclasspath`参数

-Xbootclasspath:
- 完全取代基本核心的Java class 搜索路径。要重新写所有Java 核心class
-Xbootclasspath/a:
- 后缀在核心class搜索路径后面
-Xbootclasspath/p:
- 前缀在核心class搜索路径前面

自定义类加载器

继承自java.lang.ClassLoader类并覆写对应的方法即可。

有趣的用途(大概)

Hook某些java应用

比如，现在我要hook原生的输出方法java.io.PrintStream.println()。
当我调用这个方法的时候，会输出hhhhhhh再加上换行符。

代码框架如下：
对java.io.PrintStream的改动如下，其它原样复制

入口测试类：

  package test;

  public class TestPrint {

      public static void main(String[] args) {
          System.out.println("----TestPrint begin----");
          System.out.println();
          System.out.println("----TestPrint end----");
      }

  }

接下来不多说，直接放结果
- java -jar test.jar
- java -Xbootclasspath/p:test.jar -jar test.jar

动态编译/加载(刷题实现原理?

怎样做一个像LeetCode那样的Java刷题功能呢？

一个简单的方法是：

将提交的题目编译.class文件到当前ClassPath路径下
系统类加载器直接加载类
通过反射调用约定的方法，得到结果
比较预期和实际结果，返回响应

下面是一个例子：来自java实现动态编译并动态加载

  public void complierAndRun() {
  try {
      System.out.println(System.getProperty("user.dir"));
      // 动态编译
      JavaCompiler javac = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
      int status = javac.run(null, null, null, "-d", System.getProperty("user.dir") + "\\target\\classes", "D:/test/AlTest.java");
      if (status != 0) {
          System.out.println("没有编译成功！");
      }

      // 通过系统类加载器直接加载类
      Class clz = Class.forName("AlTest");
      // 通过反射动态执行
      Object o = clz.newInstance();
      Method method = clz.getDeclaredMethod("sayHello");
      // method.invoke() :静态方法第一个参数可为null,第二个参数为实际传参
      String result = (String) method.invoke(o);
      System.out.println(result);
  } catch (Exception e) {
      logger.error("test", e);
  }
  }

当用户/题目较多时，显然需要再变更一下，稍微再复杂一点：

将提交的题目编译.class文件到指定路径下
自定义ClassLoader加载类
通过反射调用约定的方法，得到结果
比较预期和实际结果，返回响应

下面是大概的要点：

  public class MyClassLoader extends ClassLoader {   
        
  protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
      // 读取name对应.class文件到b
      byte[] b = null;
      ...
      return defineClass(name, b, 0, b.length);
  }

  public static void main(String[] args) {
      ...
      try {
          // 重载ClassLoader类
          MyClassLoader loader = new MyClassLoader();
          Class<?> c = loader.findClass(className);// 类名字
          c.getMethod(methodName).invoke(c.newInstance());// 方法名字
      } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
      }
  }
  }