day3: JVM

Day3 学习计划详解：类加载机制与自定义类加载器实战

以下是 Day3 的详细学习步骤、核心知识点和实操指南，结合书籍与工具，确保你高效完成目标。

上午（3小时）：类加载机制与双亲委派模型

核心目标：掌握类加载流程、双亲委派机制、自定义类加载器的实现原理。

1. 学习内容与步骤

精读《深入理解Java虚拟机》第7章（重点：7.2-7.4节）
- 核心知识点：
  - 类加载流程：加载（Loading）→ 链接（Linking）→ 初始化（Initialization）；
  - 双亲委派模型：
    类加载器层级：Bootstrap → Extension → Application → Custom；
    委派逻辑：子加载器先委托父加载器加载类，避免重复加载。
  - 破坏双亲委派的场景：
    Tomcat为每个Web应用独立加载类（隔离性需求）；
    SPI机制（如JDBC驱动加载，使用线程上下文类加载器）。
- 学习建议：
  - 绘制类加载流程图（标注各阶段任务，如ClassLoader.loadClass()调用链）。
结合OpenJDK源码验证类加载逻辑
- 源码定位：
  - ClassLoader类源码路径：src/java.base/share/classes/java/lang/ClassLoader.java
  - 关键方法：loadClass()（双亲委派入口）、findClass()（自定义类加载逻辑）。
- 实践建议：
  - 使用IDE（如IntelliJ）跟踪loadClass()方法，观察委派流程。
Arthas工具分析类加载
- 常用命令：
  # 查看已加载的类 sc -d *YourClassName* # 追踪类加载过程 trace java.lang.ClassLoader loadClass
- 实践建议：
  - 运行一个简单Java程序，用Arthas追踪String类的加载过程。

2. 学习产出

知识笔记：整理类加载流程、双亲委派模型的核心逻辑及破坏场景。
疑问记录：如“如何实现热部署？”、“如何隔离不同模块的类加载”。

下午（3小时）：自定义类加载器实现加密Class加载

核心目标：手写自定义类加载器，加载加密的Class文件，理解类加载的灵活性。

1. 实战步骤与代码示例

设计加密Class文件

加密方法：使用简单的XOR加密（示例）：

public class ClassEncryptor {  
    // XOR加密（密钥为0xAA）  
    public static byte[] encrypt(byte[] bytes) {  
        byte[] encrypted = new byte[bytes.length];  
        for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {  
            encrypted[i] = (byte) (bytes[i] ^ 0xAA);  
        }  
        return encrypted;  
    }  
}

生成加密Class文件：
- 编译一个测试类（如HelloWorld.java），生成HelloWorld.class；
- 调用ClassEncryptor.encrypt()加密HelloWorld.class，保存为HelloWorld_encrypted.class。

实现自定义类加载器

代码示例：

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {  
    private final String classPath;  

    public CustomClassLoader(String classPath) {  
        this.classPath = classPath;  
    }  

    @Override  
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
        try {  
            // 1. 读取加密的Class文件  
            byte[] encryptedBytes = Files.readAllBytes(Paths.get(classPath + name.replace(".", "/") + "_encrypted.class"));  
            // 2. 解密（XOR密钥0xAA）  
            byte[] decryptedBytes = new byte[encryptedBytes.length];  
            for (int i = 0; i < encryptedBytes.length; i++) {  
                decryptedBytes[i] = (byte) (encryptedBytes[i] ^ 0xAA);  
            }  
            // 3. 定义类  
            return defineClass(name, decryptedBytes, 0, decryptedBytes.length);  
        } catch (IOException e) {  
            throw new ClassNotFoundException("Class not found: " + name, e);  
        }  
    }  
}

测试与验证

测试用例：

public class TestCustomLoader {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        CustomClassLoader loader = new CustomClassLoader("/path/to/encrypted/classes/");  
        Class<?> clazz = loader.loadClass("com.example.HelloWorld");  
        Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();  
        clazz.getMethod("sayHello").invoke(instance);  
    }  
}

预期输出：
```
Hello World!  
```

2. 交付物要求

GitHub代码：
- 创建仓库（如custom-classloader），提交以下内容：
  - ClassEncryptor.java（加密工具类）；
  - CustomClassLoader.java（自定义加载器）；
  - HelloWorld.java（测试类）及加密后的Class文件；
  - TestCustomLoader.java（测试用例）。
- README.md：说明编译、加密、运行步骤。

类加载时序图：

工具推荐：PlantUML、Draw.io；
内容要求：标注双亲委派流程、自定义加载器的findClass()调用链。

示例图核心节点：

[TestCustomLoader] → [CustomClassLoader.loadClass()]  
                       ↓  
                [委托父加载器加载] → [父加载器未找到]  
                       ↓  
                [调用CustomClassLoader.findClass()] → [解密Class文件]  
                       ↓  
                [defineClass()定义类] → [返回Class对象]

晚上（2小时）：总结与输出

技术博客：
- 标题：《Day3：突破双亲委派——自定义类加载器与加密Class加载实战》
- 内容框架：
  - 类加载机制与双亲委派模型总结；
  - 自定义类加载器实现步骤与加密逻辑；
  - 应用场景（如热部署、模块隔离）。
提交GitHub与文档：
- 推送代码至仓库，附时序图和博客链接；
- 在本地或云笔记中归档Day3学习记录。

资源使用建议

书籍重点章节：
- 《深入理解Java虚拟机》第7章（精读7.2-7.4节）；
- 《Java核心技术卷I》第9章（类加载器与反射机制）。
开源代码参考：
- Tomcat类加载器（源码链接）：学习WebappClassLoader的实现；
- Java Agent热部署（如JRebel）：研究其如何利用自定义类加载器实现热更新。

明日预习（Day4）

核心内容：Arthas工具链（监控、诊断、热更新）；
工具准备：安装Arthas，准备一个模拟OOM的Java程序（如循环创建大对象）。

Day3完成标志：加密Class加载成功、时序图清晰、博客发布。 若遇到问题：优先查阅《深入理解Java虚拟机》第7章，或在Stack Overflow搜索“custom classloader example”。

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Last updated 1 month ago

public class ClassEncryptor { // XOR加密（密钥为0xAA） public static byte[] encrypt(byte[] bytes) { byte[] encrypted = new byte[bytes.length]; for (int i = 0; i < bytes.length; i++) { encrypted[i] = (byte) (bytes[i] ^ 0xAA); } return encrypted; } }

public class CustomClassLoader extends ClassLoader { private final String classPath; public CustomClassLoader(String classPath) { this.classPath = classPath; } @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { try { // 1. 读取加密的Class文件 byte[] encryptedBytes = Files.readAllBytes(Paths.get(classPath + name.replace(".", "/") + "_encrypted.class")); // 2. 解密（XOR密钥0xAA） byte[] decryptedBytes = new byte[encryptedBytes.length]; for (int i = 0; i < encryptedBytes.length; i++) { decryptedBytes[i] = (byte) (encryptedBytes[i] ^ 0xAA); } // 3. 定义类 return defineClass(name, decryptedBytes, 0, decryptedBytes.length); } catch (IOException e) { throw new ClassNotFoundException("Class not found: " + name, e); } } }

public class TestCustomLoader { public static void main(String[] args) throws Exception { CustomClassLoader loader = new CustomClassLoader("/path/to/encrypted/classes/"); Class<?> clazz = loader.loadClass("com.example.HelloWorld"); Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance(); clazz.getMethod("sayHello").invoke(instance); } }

[TestCustomLoader] → [CustomClassLoader.loadClass()] ↓ [委托父加载器加载] → [父加载器未找到] ↓ [调用CustomClassLoader.findClass()] → [解密Class文件] ↓ [defineClass()定义类] → [返回Class对象]