可以自定义一个Java.lang.String/Math这样的类么？

缺乏、安全感 2022-06-01 08:00 113阅读 0赞

# 需求缘起 #

最近学习了下java类加载相关的知识。看到网上经常会有一道这样的有一道面试题是，能不能自己写个类叫java.lang.System？

网上提供的答案：通常不可以，但可以采取另类方法达到这个需求。所谓的另类方法指自己写个类加载器来加载java.lang.System达到目的。

首先表明下我的观点。上述答案完全是误导读者，是不正确的答案。我就纳闷了网上怎么把这种完全不正确的搜索结果排在前面，而且几乎搜到的都是这种不正确的答案。可能很多不明真相的朋友就这么被误导了，所以还是希望大家对网上的内容先持怀疑态度为好。下面详细说明为什么

# 网上错误答案的详细解释 #

"为了不让我们写System类，类加载采用委托机制，这样可以保证爸爸们优先，爸爸们能找到的类，儿子就没有机会加载。而System类是Bootstrap加载器加载的，就算自己重写，也总是使用Java系统提供的System，自己写的System类根本没有机会得到加载。

但是，我们可以自己定义一个类加载器来达到这个目的，为了避免双亲委托机制，这个类加载器也必须是特殊的。由于系统自带的三个类加载器都加载特定目录下的类，如果我们自己的类加载器放在一个特殊的目录，那么系统的加载器就无法加载，也就是最终还是由我们自己的加载器加载。

# 概念说明 #

类加载器可分为两类：一是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)，是C++实现的，是JVM的一部分；另一种是其它的类加载器，是Java实现的，独立于JVM，全部都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。jdk自带了三种类加载器，分别是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），扩展类加载器（Extension ClassLoader），应用程序类加载器（Application ClassLoader）。后两种加载器是继承自抽象类java.lang.ClassLoader。关于这三种加载器各自的作用这里不做详细说明，有兴趣的可以自己了解下。

类加载器是有层次的

一般是： 自定义类加载器 >> 应用程序类加载器 >> 扩展类加载器 >> 启动类加载器

上面的层次关系被称为双亲委派模型(Parents Delegation Model)。除了最顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都有对应的父类加载器。

再简单说下双亲委托机制：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己尝试去加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器，每一个层次的类加载器都是加此，因此所有的加载请求最终到达顶层的启动类加载器，只有当父类加载器反馈自己无法完成加载请求时（指它的搜索范围没有找到所需的类），子类加载器才会尝试自己去加载。

再回去看下解释内容，我相信前面的部分大家应该很看懂了，也没什么大问题。最后的如果部分"如果我们自己的类加载器放在一个特殊的目录，那么系统的加载器就无法加载，也就是最终还是由我们自己的加载器加载。" 我就不明白所以了，逻辑完全不通。我想它的本意可能是，将自己的java.lang.System类放置在特殊目录，然后系统自带的加载器无法加载，这样最终还是由我们自己的加载器加载（因为我们自己的加载器知道其所在的特殊目录）。这种说法好像逻辑上没有问题，那么我们就来实验下了。

# 自己验证 #

![20180124155246940][]

主要包括4个类：

## MyClassLoader: ##

package com.xyq.maventest.classloader;
    
    import java.io.InputStream;
    
     
    
    /**
    
    *
    
    */
    
    /**
    
    * @ClassName: package-info
    
    * @Description: 自定义类加载器
    
    * @author youqiang.xiong
    
    * @date 2018年1月24日下午3:16:11
    
    *
    
    */
    
    publicclass MyClassLoader extends ClassLoader{
    
     
    
    public MyClassLoader() {
    
    super(null);
    
    }
    
     
    
    @Override
    
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    
    try{
    
    String className = null;
    
    if(name.startsWith("java.lang")){
    
    className = "/" + name.replace('.', '/') + ".class";
    
    }else{
    
    className = name.substring(name.lastIndexOf('.') + 1) + ".class";
    
    }
    
    System.out.println(className);
    
    InputStream is = getClass().getResourceAsStream(className);
    
    System.out.println(is);
    
    if(is == null)
    
    returnsuper.loadClass(name);
    
     
    
    byte[] b = newbyte[is.available()];
    
    is.read(b);
    
    return defineClass(name, b, 0, b.length);
    
    }catch (Exception e) {
    
    e.printStackTrace();
    
    thrownew ClassNotFoundException();
    
    }
    
    }
    
    }

## ClassLoaderTest: ##

package com.xyq.maventest.classloader;
    
     
    
    publicclassClassLoaderTest {
    
     
    
    publicstaticvoid main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {
    
    ClassLoader myLoader = new MyClassLoader();
    
    Object obj = myLoader.loadClass("java.lang.Math").newInstance();
    
    System.out.println(obj);
    
    }
    
    }

## Math： ##

package java.lang;
    
     
    
    /*****
    
    *
    
    * @ClassName: Math
    
    * @Description: 自定义Math类，复写Java.lang.Math，检查是否会加载
    
    * @author youqiang.xiong
    
    * @date 2018年1月24日下午3:18:41
    
    *
    
    */
    
    publicfinalclassMath {
    
     
    
    publicstaticvoid main(String[] args) {
    
    System.out.println("hello world");
    
    }
    
    }

## MyMath： ##

package java.lang;
    
     
    
    publicclassMyMath {
    
     
    
    publicstaticvoid main(String[] args) {
    
    System.out.println("hello world");
    
    }
    
    }

上面的测试代码没用自定义java.lang.System类，因为测试代码用到了JDK自带的System类进行输出打印，会冲突，所以改用为自定义的java.lang.Math类。如果自定义的Math类能加载，那么自定义的System类同样能加载。

## 我们先直接运行下Math类， ##

输出如下：

错误: 在类 java.lang.Math 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为: public static void main(String[] args) 否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application

提示Math类没有main方法。首先大家要明白一个概念，当类首次主动使用时，必须进行类的加载，这部分工作是由类加载器来完成的。根据双亲委托原则，Math类首先由启动类加载器去尝试加载，很显然，它找到rt.jar中的java.lang.Math类并加载进内存（并不会加载我们自定义的Math类），然后执行main方法时，发现不存在该方法，所以报方法不存在错误。也就是说，默认情况下JVM不会加载我们自定义的Math类。

## 再直接运行MyMath类 ##

Jvm弹出异常提示框

![20180124155247455][]

此时打开jvisualvm 可以监控到此程序的cpu，内存等运行情况

![20180124155248125][]

点击两次按钮弹出后，会出现如下异常信息：

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.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:142)
    
        at java.net.URLClassLoader.defineClass(URLClassLoader.java:467)
    
        at java.net.URLClassLoader.access$100(URLClassLoader.java:73)
    
        at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:368)
    
        at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:362)
    
        at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
    
        at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:361)
    
        at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)
    
        at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:335)
    
        at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
    
        at sun.launcher.LauncherHelper.checkAndLoadMain(LauncherHelper.java:495)

注意红色部分的内容。由堆栈异常信息可知道，当应用程序类加载器类（AppClassLoader）尝试加载MyMath类时，ClassLoader.java的662行抛出了SecurityException

禁止使用包名：java.lang。

直接查看抽象类java.lang.ClassLoader的preDefineClass方法代码，摘抄如下：

private ProtectionDomain preDefineClass(String name,
    ProtectionDomain pd)
    
    {
    
    if (!checkName(name))
    
    thrownew NoClassDefFoundError("IllegalName: " + name);
    
     
    
     
    
    if ((name != null) && name.startsWith("java.")) {
    
    thrownew SecurityException
    
    ("Prohibited package name: " +
    
    name.substring(0, name.lastIndexOf('.')));
    
    }
    
    if (pd == null) {
    
    pd = defaultDomain;
    
    }
    
     
    
    if (name != null) checkCerts(name, pd.getCodeSource());
    
     
    
    returnpd;
    
    }

可以看到如果加载的类全名称以"java."开头时，将会抛出SecurityException，这也是为什么直接执行MyMath类会出现SecurityException。

照这样，我们自定义的类加载器必须继承自ClassLoader，其loadClass()方法里调用了父类的defineClass()方法，并最终调到preDefineClass()方法，因此我们自定义的类加载器也是不能加载以"java."开头的java类的。

## 继续运行下ClassLoaderTest ##

/java/lang/Math.class
    
    sun.net.www.protocol.jar.JarURLConnection$JarURLInputStream@4e25154f
    
    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.xyq.maventest.classloader.MyClassLoader.loadClass(MyClassLoader.java:37)
    
        at com.xyq.maventest.classloader.ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:7)
    
    Exception in thread "main" java.lang.ClassNotFoundException
    
        at com.xyq.maventest.classloader.MyClassLoader.loadClass(MyClassLoader.java:40)
    
        at com.xyq.maventest.classloader.ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:7)

备注：红色部分清楚表明，也是在preDefineClass方法中抛出的SecurityException。

通过代码实例及源码分析可以看到，对于自定义的类加载器，强行用defineClass()方法去加载一个以"java."开头的类也是会抛出异常的。

# 总结 #

不能自己写以"java."开头的类，其要么不能加载进内存，要么即使你用自定义的类加载器去强行加载，也会收到一个SecurityException。

[20180124155246940]: /images/20220601/425a24ee86d34692ac2cfa52fdc2e8db.png
[20180124155247455]: /images/20220601/b6405d94f575488da82ee506ae53dc70.png
[20180124155248125]: /images/20220601/69e1f5d442be4e0c80eceb15046474a3.png