21. Juni 2012 ... Erweiterte Java Programmierung. - dynamisches ... damit vereint eine Java-
Klasse alle 3 Eigenschaften damit auf eine ... effektiv ein Zip-Archiv.
Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
Erweiterte Java Programmierung - dynamisches Laden Malte Gräper Fachbereich Technik Department Elektrotechnik und Informatik
21. Juni 2012
Malte Gräper
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Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-File-Format
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Plugins dynamisch Laden Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
Code kann von mehreren Programmen genutzt werden => kleinere Programme
einzelne “Teile“ eines Programms können getauscht werden die Funktionalität kann erweitert werden spezielle Funktionen je nach Platform/Infrastruktur
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Win/Linux Bibliotheken Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper
andere Programmiersprachen erlauben dies auch z.B. C/C++
dynamisches Laden
bei Win sind dies DLLs
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=> integraler Bestandteil des BS
Linux nutzt auch Bibliotheken bzw. libraries (dynamisch *.so, statisch *.a) DLL/libs sind jedoch nicht ausführbar => statische/dynamische Bibliotheken voneinander getrennt
Java ist (etwas) anders
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Klassen in Java Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
jede Klasse (im Source-Code) wird in eine separate Class-File übersetzt Class-File enthält alle wichtigen Informationen Basis-Klassen Methoden Attribute (Felder) uvm...
jede Klasse ist (theoretisch) ausführbar, dynamisch oder statisch ladbar damit vereint eine Java-Klasse alle 3 Eigenschaften
damit auf eine Klasse zugegriffen werden kann muss diese geladen sein egal ob statisch dynamisch daher gibt es ClassLoader- Konzept in Java Malte Gräper
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Plugins in Java Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
jedes Plugin ist eine Klasse, die dynamisch geladen werden kann daher kennt der Compiler die Klassen nicht Problem: Klassen können nicht “normal“ erzeugt werden => Methoden, Felder, etc unbekannt Ursache: der Compiler löst Namen zur Compile-Time auf (übersetzt in Index) z.B. Methoden
Zugriff über Reflection-API möglich deshalb: Schnittstelle(n) definieren welche alle Plugins unterstützen somit weiß der Compiler welche Funktionen etc auf jeden Fall unterstützt werden
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Beispiel I Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
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einfaches Beispiel zum Laden von einer Klasse dafür URLClassLoader verwendet
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JAR-Datei Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper
Bibliothek-Format von Java
dynamisches Laden
enthält (mehrere) Class-Files, auch weitere Resourcen möglich
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Vorteil: alle Klassen u Daten zusammen mit Resource Manifest auch ausführbar
effektiv ein Zip-Archiv nicht vorgeschriebenes Format => auch andere (selbst definierte) möglich Java stellt API zur Verfügung
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JAR-API Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
kapselt Zip-Archiv => ZipInputStream/ZipOutputStream jede Datei/Ordner über ZipEntry repräsentiert Dateien können über getNextEntry durchlaufen werden (ähnlich Iterator) Zugriff auf Daten über Stream Wichtig: Längenangabe im ZipEntry nicht immer korrekt (-1)
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Der Classloader I Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
in Java sind alle Klassen immer dynamisch geladen (selbst statische, anders als bei C/C++) Aufgabe ist dass Bereitstellen der Klassendaten (egal aus welcher Quelle) das eigentliche erzeugen der Klasse läuft über defineClass diese Funktion ist final u Teil der JVM
jede Klassen wird über ClassLoader geladen und ist mit diesem verbunden ClassLoader integraler Bestandteil von Java Bootstrap-Loader bzw. dessen parent Teil der JVM für Anwender jedoch transparent
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Der Classloader I
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hierarchisch aufgebaut somit kapselt ClassLoader Sichtbarkeit von Klassen Grafik: http://media.developeriq.in
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Der Classloader II Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper
3 Phasen dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
Laden => physikalische bereitstellen der Daten Linken Bytecode überprüfen => Konsistenz, schadhafter Code (Viren?), etc) Vorbereiten Auflösen der Abhängigkeiten (laden der Basis-Klassen etc)
Initialisieren, statische Felder, Ctor etc
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Der Classloader II Erweiterte Java Programmierung
Grafik: http://www.techjava.de
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Ein eigener ClassLoader Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper
erbt von der Basis-Klasse ClassLoader
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muss in Hierarchie eingebunden werden => parent-ClassLoader
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findClass(String name) überschreiben, bereitstellen der Klassendaten wenn gesuchte Klasse unbekannt => an parent delegieren
protected loadClass(String name,boolean resolve) evtl. überschreiben, finden der Klasse => Cache notwendig Klasse nicht mehrfach definieren daher Cache
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Beispiel II Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
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MyClassLoader-Klasse implementiert eigenen ClassLoader nur findClass-Funktion überschrieben nutzt Zip-API zum Einlesen von JAR-Dateien und entpackt diese in RAM
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ClassLoader Probleme/Möglichkeiten Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
eigene ClassLoader nicht ganz ungefährlich theoretisch kann z.B. String-Klasse ersetzt werden daher eigene ClassLoader nicht immer möglich (manche Web-Applets)
Klassen können mehrfach geladen werden (aber nicht über selben ClassLoader) das kann gewollt sein (z.B. self-modifying-code) aber möglicherweise Versions-Probleme Wichtig: trotz gleichem Name => Klassen nicht identisch
viele Andere Probleme möglich z.B. wenn Klasse mehrfach über verschiedene ClassLoader erzeugt Vergleiche wie Obj instanceof A nicht mehr korrekt
Fazit: viele Möglichkeiten => aber vorsichtig Malte Gräper
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Beispiel III Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
MyClassLoader2 enthält MyClassLoader (nicht erben) wenn JAR-Datei erneut geladen wird, neuer MyClassLoader erzeugt somit kann auch veränderte Klasse erneut geladen werden
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Java Class File Format Erweiterte Java Programmierung
Java Standart spezifiziert Klassen Format
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Grafik: http://img.viralpatel.net
dynamisches Laden
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Java Class File Format Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
Information über Klasse z.B. Zugriffsrechte, Basis-Klasse etc alle Interfaces (von denen die Klasse erbt) die implementierten Methoden (z.B. für Ctor) die Felder einer Klasse mit Name u weiteren Eigenschaften Attribute für die gesamte Klasse (z.B. SourceCode zur Unterstützung bei debugging)
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Java Class File Format Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
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Kern ist Constant Pool hier werden alle Daten wie Konstanten, String aber auch Typinformationen etc abgelegt in der restlichen Datei werden diese Einträge nur über Index referenziert Vorteil: Daten müssen nicht mehrfach gespeichert werden nach Laden der Klasse => Constant Pool im Speicher zugreifbar
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Java Class File Format Erweiterte Java Programmierung
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Was kann man noch machen Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
vor dem Laden Interfaces, Methoden oder Attribute überprüfen/hinzufügen self-modifying-code synthetisch zur Laufzeit generierte Java-Klassen laden dafür gibt es bereits Bibliotheken BCEL, ASM selber schreiben => sehr aufwendig, komplex
komplette Programmiersprache auf Java Bytecode abbilden (JRuby, Groovy) sehr viele Möglichkeiten (wenn auch nicht alle sinnvoll)
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Beispiel IV Erweiterte Java Programmierung Malte Gräper
MyClassLoader3 erweitert MyClassLoader dynamisches Laden Übersicht Plugin JAR-Datei ClassLoader Class-FileFormat
Malte Gräper
keine Möglichkeit zum Mehrfach-Laden jedoch wird das Class-File-Format eingelesen es kann z.B. vor dem Laden überprüft werden ob Interface vorhanden umbenennen von Funktionen (führt evtl. zu Fehlern) ändern der Klassen-Zugriffsrechte z.B. hinzufügen einer statischen Member-Variable wenn nicht vorhanden
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