类加载器实验

合集 - 其他实验(9)

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自定义类加载器

实验内容

本实验旨在帮助学生理解 Java 类加载的过程以及自定义类加载器的使用。实验分为基础部分和进阶部分。

基础部分

1. 学生需要了解 Java 类加载的基本概念和过程，包括加载、连接和初始化。
2. 学生需要自定义一个类加载器，用于加载指定的类。可以选择使用继承 ClassLoader 类或者实现 ClassLoader 接口的方式。
3. 学生需要编写一些测试类，并使用自定义类加载器来加载和使用这些类。

进阶部分

1. 学生需要学习字节码加密的原理和常见的字节码加密算法。
2. 学生需要设计并实现一个简单的基于类加载器的字节码加密解决方案，用于保护已加载的类免受反编译的威胁。
3. 学生需要编写一些测试类，并使用自定义类加载器加载经过加密的类，验证解密过程是否正确。

实验目标

通过完成这套实验，学生将能够：

• 理解 Java 类加载的基本原理和过程
• 理解自定义类加载器的作用和使用场景
• 学会设计和实现简单的字节码加密解决方案
• 加深对于类加载器和字节码的理解

实验过程

1. 独立学习 Java 类加载的基本概念和过程，了解自定义类加载器的基本使用方法。
2. 编写一个简单的自定义类加载器，并使用该类加载器加载和使用一些测试类。在实验报告中记录实验过程和观察结果。
3. 独立学习字节码加密的原理和常见算法，了解基于类加载器的字节码加密解决方案的设计思路。
4. 设计并实现一个简单的字节码加密解决方案，并使用自定义类加载器加载经过加密的类。在实验报告中记录实验过程和观察结果。

参考代码

自定义类加载器

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    private String classPath;

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

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // src.simple.MyClassLoader → src/simple/MyClassLoader.class
        String fileName = name.replace(".", File.separator) + ".class";
        System.out.println(classPath + "/" + fileName);
        File file = new File(classPath, fileName);
        try {
            byte[] bytes = Files.readAllBytes(file.toPath());
            return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
        } catch (IOException e) {
            throw new ClassNotFoundException("Fail to load class " + name, e);
        }
    }
}

public class MyClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("src");
        try {
            // loadClass 方法会首先委托给父类加载器加载类
            // 如果父类加载器无法找到该类，则会调用自定义类加载器的 findClass 方法。
            // 因此，在测试类中，我们不需要直接调用 findClass 方法。
            Class<?> clazz = myClassLoader.loadClass("example.MyClass");
            // 强行调用自定义加载器进行加载
            // Class<?> clazz = myClassLoader.findClass("example.MyClass");
            Object instance = clazz.newInstance();
            // 若直接输出 MyClass，则证明父类加载器能找到并加载该类
            // 若输出了路径，则证明父类加载器无法加载该类，需要用自定义加载器加载
            System.out.println(instance);
        } catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

带解密功能的类加载器

package encrypt;

import java.util.Arrays;

public class EncryptionClassLoader extends ClassLoader {
    private final String classPath;

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

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        //读取加密后的字节码
        byte[] encryptedBytes = loadEncryptedClassBytes(name);
        //字节码解密
        byte[] decryptedBytes = decrypt(encryptedBytes);
        //类加载
        return defineClass(name, decryptedBytes, 0, decryptedBytes.length);
    }

    // 读取加密过的字节码
    private byte[] loadEncryptedClassBytes(String name) {
      	//理论上来说，应该直接读取已加密的字节码
      	//出于简化，此处就先读取字节码，再加密，对于类加载器而言作用等效
        return ClassEncryptor.encrypt(classPath, name);
    }

    // 解密算法
    private byte[] decrypt(byte[] encryptedBytes) {
        // 返回解密后的字节码
        return ClassEncryptor.decrypt(encryptedBytes);
    }
}

package encrypt;

public class EncryptionClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        EncryptionClassLoader encryptionClassLoader
                = new EncryptionClassLoader("src");
        try {
            Class<?> clazz = encryptionClassLoader.loadClass("example.MyClass");
            Object instance = clazz.newInstance();
            System.out.println(instance);
        } catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

内容总结

loadClass() 和 findClass()

类加载器的 loadClass() 会首先将类加载任务委托给父类加载器加载类，如果父类加载器无法加载该类，则会调用类加载器的 findClass() 方法

自定义类加载器的实现方法

1. 继承抽象类 ClassLoader
2. 重写 findClass() 方法，补充自定义类加载器特有的业务逻辑
3. 调用 defineClass() 方法，返回类加载器创建的 Class

自定义类加载器的使用方法

1. 初始化自定义类加载器

2. 通过自定义类加载器获取 Class 对象

3. 通过 Class 对象获取 Object 对象

   Object obj = clazz.getInstance()
   

4. 使用 Object 对象