Java反序列化基础篇-类加载器

0x01 前言

这篇文章/笔记的话，打算从类加载器，双亲委派到代码块的加载顺序这样来讲。最后才是加载字节码。

0x02 类加载器及双亲委派

• 说类加载器有些师傅可能没听过，但是说 Java ClassLoader，相信大家耳熟能详。

1. 类加载器有什么用

• 加载 Class 文件

以这段简单代码为例

Student student = new Student();

我们知道，Student 本身其实是一个抽象类，是通过 new 这个操作，将其实例化的，类加载器做的便是这个工作。

ClassLoader 的工作如图所示

加载器也分多种加载器，每个加载器负责不同的功能。

主要分为这四种加载器

1. 虚拟机自带的加载器

2. 启动类（根）加载器

3. 扩展类加载器

4. 应用程序加载器

2. 几种加载器

引导类加载器(BootstrapClassLoader)，底层原生代码是 C++ 语言编写，属于 JVM 一部分。

不继承java.lang.ClassLoader类，也没有父加载器，主要负责加载核心 java 库(即 JVM 本身)，存储在/jre/lib/rt.jar目录当中。(同时处于安全考虑，BootstrapClassLoader只加载包名为java、javax、sun等开头的类)。

扩展类加载器(ExtensionsClassLoader)，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader类实现，用来在/jre/lib/ext或者java.ext.dirs中指明的目录加载 java 的扩展库。Java 虚拟机会提供一个扩展库目录，此加载器在目录里面查找并加载 java 类。

App类加载器/系统类加载器（AppClassLoader），由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现，一般通过通过(java.class.path或者Classpath环境变量)来加载 Java 类，也就是我们常说的 classpath 路径。通常我们是使用这个加载类来加载 Java 应用类，可以使用ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

3. 双亲委派机制

• 在 Java 开发当中，双亲委派机制是从安全角度出发的。

我们这里以代码先来感受一下，双亲委派机制确实牛逼。

• 尽量别尝试，看看就好了。要不然整个文件夹挺乱的，如果想上手尝试一下的话，我建议是新建一个项目，不要把其他的文件放一起。

新建一个 java.lang的文件夹，在其中新建 String.java的文件。

String.java

package java.lang;  
  
// 双亲委派的错误代码  
public class String {  
  
    public String toString(){  
        return "hello";  
 }  
  
    public static void main(String[] args) {  
        String s = new String();  
 s.toString();  
 }  
}

看着是不是没有问题，没有错误吧？
我们自己定义了一个java.lang的文件夹，并在文件夹中定义了 String.class，还定义了 String 这个类的 toString 方法。我们跑一下程序。（这里如果把 Stirng 类放到其他文件夹会直接报错，原因也是和下面一样的）

• 结果居然报错了！而且非常离谱

我这不是已经定义了 main 方法吗？？为什么还会报错，这里就提到双亲委派机制了，双亲委派机制是从安全角度出发的。

首先，我们要知道 Java 的类加载器是分很多层的，如图。

我们的类加载器在被调用时，也就是在 new class 的时候，它是以这么一个顺序去找的 BOOT ---> EXC ----> APP

如果 BOOT 当中没有，就去 EXC 里面找，如果 EXC 里面没有，就去 APP 里面找。

• 所以我们之前报错的程序当中，定义的java.lang.String在 BOOT 当中是有的，所以我们自定义 String 时，会报错，如果要修改的话，是需要去 rt.jar 里面修改的，这里就不展开了。

前文提到我们新建的java.lang.String报错了，是因为我们定义的 String 和 BOOT 包下面的 String 冲突了，所以才会报错，我们这里定义一个 BOOT 和 EXC 都没有的对象试一试。

在其他的文件夹下，新建 Student.java

Student.java

package src.DynamicClassLoader;  
  
// 双亲委派的正确代码  
public class Student {  
  
    public String toString(){  
        return "Hello";  
 }  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Student student = new Student();  
  
 System.out.println(student.getClass().getClassLoader());  
 System.out.println(student.toString());  
 }  
}

并把加载器打印出来

我们定义的 Student 类在 APP 加载器中找到了。

0x03 各场景下代码块加载顺序

• 这里的代码块主要指的是这四种

• 静态代码块：static{}

• 构造代码块：{}

• 无参构造器：ClassName()

• 有参构造器：ClassName(String name)

场景一、实例化对象

这里有两个文件，分别介绍一下用途：

• Person.java：一个普普通通的类，里面有静态代码块、构造代码块、无参构造器、有参构造器、静态成员变量、普通成员变量、静态方法。

• Main.java：启动类

Person.java

package src.DynamicClassLoader;  
  
// 存放代码块  
public class Person {  
    public static int staticVar;  
 public int instanceVar;  
  
 static {  
        System.out.println("静态代码块");  
 }  
  
    {  
        System.out.println("构造代码块");  
 }  
  
    Person(){  
        System.out.println("无参构造器");  
 }  
    Person(int instanceVar){  
        System.out.println("有参构造器");  
 }  
  
    public static void staticAction(){  
        System.out.println("静态方法");  
 }  
}

Main.java

package src.DynamicClassLoader;  
  
// 代码块的启动器  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        Person person = new Person();  
 }  
}

运行结果如图

• 结论：

通过new关键字实例化的对象，先调用静态代码块，然后调用构造代码块，最后根据实例化方式不同，调用不同的构造器。

场景二、调用静态方法

直接调用类的静态方法

Person.java 不变，修改 Main.java 启动器即可。

Main.java

package src.DynamicClassLoader;  
  
// 代码块的启动器  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        Person.staticAction();  
 }  
}

• 结论：

不实例化对象直接调用静态方法，会先调用类中的静态代码块，然后调用静态方法

场景三、对类中的静态成员变量赋值

Main.java

package src.DynamicClassLoader;  
  
// 代码块的启动器  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
 		Person.staticVar = 1;  
 	}  
}

• 结论：

在对静态成员变量赋值前，会调用静态代码块

场景四、使用 class 获取类

package src.DynamicClassLoader;  
  
// 代码块的启动器  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
 		Class c = Person.class;  
 	}  
}

// 空屁

• 结论：

利用class关键字获取类，并不会加载类，也就是什么也不会输出。

场景五、使用 forName 获取类

• 这里要抛出异常一下。

我们写三种forName的方法调用。
修改 Main.java

package src.DynamicClassLoader;  
  
// 代码块的启动器  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException{  
 		Class.forName("src.DynamicClassLoader.Person");
 	}  
}
// 静态代码块

package src.DynamicClassLoader;  
  
// 代码块的启动器  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException{   
 	Class.forName("src.DynamicClassLoader.Person", true, ClassLoader.getSystemClassLoader());  
 }  
}
// 静态代码块

package src.DynamicClassLoader;  
  
// 代码块的启动器  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException{   
 	Class.forName("src.DynamicClassLoader.Person", false, ClassLoader.getSystemClassLoader());
 }  
}
//没有输出

• 结论：

Class.forName(className)和Class.forName(className, true, ClassLoader.getSystemClassLoader())等价，这两个方法都会调用类中的静态代码块，如果将第二个参数设置为false，那么就不会调用静态代码块

场景六、使用 ClassLoader.loadClass() 获取类

Main.java

package com.xiinnn.i.test;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class.forName("com.xiinnn.i.test.Person", false, ClassLoader.getSystemClassLoader());
    }
}
//没有输出

• 结论：

ClassLoader.loadClass()方法不会进行类的初始化，当然，如果后面再使用newInstance()进行初始化，那么会和场景一、实例化对象一样的顺序加载对应的代码块。

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原文始发于微信公众号（web安全工具库）：Java反序列化基础篇-类加载器