验证自定义java.lang.String加载过程

前几天听朋友说面试时候被问到，自定义java.lang.String 是否能加载，以及为什么。之前对类加载机制的过程只有浅显的了解，知道双亲委派和安全策略，但纸上得来终觉浅，所以自己动手试一试，并做记录。

跳过双亲委派加载自定义类

首先自定义一个类加载器（MyFileClassLoader），并随意定义一个类（名为com.example.Demo），用它来验证MyFileClassLoader能够正常工作。

public class MyFileClassLoader extends ClassLoader {
    private String directory; // 被加载类所在的目录
    
    public MyFileClassLoader(String directory) {
        this.directory = directory;
    }

    /**
     * 
     * @param name 类全限定名
     * @return
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    @SneakyThrows
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        //把类名转换为目录
        String file = directory+ File.separator + name.replace(".",File.separator) + ".class"; // 把报名中的点替换成斜线
        //构建输入流
        InputStream in = new FileInputStream(file);
        //构建字节输出流
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int len = -1;
        while ( (len = in.read(buf)) != -1 ) {
            baos.write( buf, 0, len );
        }
        byte data[] = baos.toByteArray();
        baos.close();
        in.close();
        
        return defineClass( name, data, 0,data.length );
    }
}

新建com.example.Demo和java.lang.String类的.java文件

demo-java.PNG

string-java.PNG

然后需要把这两个类编译出.class文件，编译方法也很简单，可以通过javac xxx.java 就能在相同文件夹下出现对应的xxx.class文件，或者点击IDEA中的Build，就能在项目中出现xxx.class文件。

验证自定义的类加载器

    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException, ClassNotFoundException {
        MyFileClassLoader myFileClassLoader = new MyFileClassLoader("D:/code/myjar/out/production/myjar/");
        Class clazz = myFileClassLoader.findClass("com.example.Demo");
        //Class clazz = myFileClassLoader.findClass("java.lang.String");
        Object instance = clazz.newInstance();
        if ( instance instanceof String ) {
            System.out.println("原String");
        } else {
            System.out.println("新的类");
        }
        System.out.println(instance);
    }

该输出如下：

i am demo cu
新的类
com.example.Demo@5ef04b5

Process finished with exit code 0

运行加载java.lang.String，结果如下:

Exception in thread "main" java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang
    at java.lang.ClassLoader.preDefineClass(ClassLoader.java:662)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:761)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
    at com.rzwl.single.server.MyFileClassLoader.findClass(MyFileClassLoader.java:49)
    at com.rzwl.single.server.MyFileClassLoader.main(MyFileClassLoader.java:55)

Process finished with exit code 1

结果出现禁用包名异常。

原因分析

通过直接加载类的方式，能够最快速的对目标类进行加载，但是这个加载过程也是有安全检查的，这个安全检查是在最后一句的defineClass 方法中进行的，所以无法绕开，最终在加载java.lang.String以抛出异常告终。

通过双亲委派流程加载自定义类

接下来通过委派机制运行上面代码

    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException, ClassNotFoundException {
        MyFileClassLoader myFileClassLoader = new MyFileClassLoader("D:/code/myjar/out/production/myjar/");
        
        Class clazz = myFileClassLoader.loadClass("com.example.Demo");
        //Class clazz = myFileClassLoader.loadClass("java.lang.String");
        Object instance = clazz.newInstance();
        if ( instance instanceof String ) {
            System.out.println("原String");
        } else {
            System.out.println("新的类");
        }
        System.out.println(instance);
    }

如果在运行期间，在MyFileClassLoader::findClass 内打上断点，使用debug方式运行，两次的加载过程都是顺利的，但是在if判断后能够知道，这里加载的java.lang.String是jdk中的String，而并非自定义的String。

原因分析

使用loadClass 方式加载程序会进行双亲委派机制，当加载com.example.Demo时，由于父加载器中没有该类，所以最终加载任务落回到自定义的findClass来执行。但，当加载java.lang.String时，由于父类加载器已经有了jdk中的java.lang.String，双亲委派有避免重复的作用，所以不再加载同一限定名类。

结论

所以自定义的java.lang.String是不能够被加载的，

使用委派机制加载时，jvm只加载jdk中的该类，而不再进行自定义代码的加载
直接加载方式，会被defineClass中的安全检查抛出异常