Java: магия отражений

Часть II. ClassLoader – скрытые возможности

Даниил Алиевский

Самый интригующий класс мира отражений

В этой статье речь пойдет о классе java.lang.ClassLoader. Во многих отношениях он заслуживает эпитета «самый». Это самый фундаментальный класс в механизме отражений Java и одновременно самый яркий пример этой технологии. Это, пожалуй, самый необычный модуль не только в мире Java, но и среди большинства компилируемых языков. Это самый низкоуровневый, «глубинный» механизм Java, позволяющий вмешиваться практически в ядро Java-машины, причем оставаясь в рамках программирования на Java. Наконец, это один из самых трудных в понимании и использовании прикладных классов.

Как следует из названия, класс ClassLoader обеспечивает загрузку классов Java. Точнее, обеспечивают его наследники, конкретные загрузчики классов – сам ClassLoader абстрактен. Каждый раз, когда загружается какой-либо .class-файл, например, вследствие обращения к конструктору или статическому методу соответствующего класса – на самом деле это действие выполняет один из наследников класса ClassLoader.

Существует стандартный вариант реализации ClassLoader – так называемый системный загрузчик классов. Этот загрузчик используется по умолчанию при запуске приложений Java командой:

java Имя_главного_класса

Системный загрузчик классов реализует стандартный алгоритм загрузки из каталогов и JAR-файлов, перечисленных в переменной CLASSPATH (переменной среды либо параметре «-cp» утилиты «java»), а также из JAR-файлов, содержащих стандартные системные классы вроде java.lang.String и входящих в любой комплект поставки Java.

Одна из замечательных особенностей языка Java заключается в том, что вы можете реализовать свой собственный загрузчик классов – наследник ClassLoader – и использовать его вместо системного.

Наиболее популярный пример применения этой техники – Java-апплеты. Классы Java-апплетов, а также все классы, которыми они пользуются, автоматически загружаются с веб-сервера благодаря специальному загрузчику классов, реализованному «внутри» броузера.

Реализуя наследников ClassLoader, вы можете полностью контролировать процесс загрузки абсолютно всех Java-классов. Вы можете загружать их из любого источника, скажем, из собственной системы каталогов, не отраженной в CLASSPATH, из базы данных или из Internet. Вы можете предоставить загрузку стандартных библиотечных классов системному загрузчику, но при этом протоколировать факт обращения к ним. При желании вы даже можете сконструировать байт-код класса в памяти и после этого работать с ним, как с нормальным классом, загруженным из «добропорядочного» .class-файла. Среди компилируемых языков подобные возможности встречаются разве что в ассемблере.

Единственное, что вы не можете сделать – создать новый класс, не располагая его байт-кодом. Каким-либо образом: загрузив c диска, из Internet, из базы данных или создав как-то иначе, – ваш наследник ClassLoader обязан получить корректный байт-код класса (образ в памяти обычного .class-файла) в виде массива byte[]. Затем его нужно передать специальному стандартному методу ClassLoader.defineClass, который «превратит» его в готовый класс – объект типа Class.