纠正网上的错误：能不能自定义一个类叫java.lang.System/String？

前语：不要为了读文章而读文章，一定要带着问题来读文章，勤思考。

作者：一汪清水  来源：https://dwz.cn/i7Pf6VwZ

最近，学习了下java类加载相关的知识。然后看到网上有一道面试题，据说阿里的面试官最喜欢问了。

问题：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。

# 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。

然后，说明下上面解释中提到的一些概念。

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。

# 代码验证

测试类结构及内容如下：

public class 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)
                return super.loadClass(name);
            
            byte[] b = new byte[is.available()];
            is.read(b);
            return defineClass(name, b, 0, b.length);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            throw new ClassNotFoundException();
        }
    }
}

public class ClassLoaderTest {
 
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        ClassLoader myLoader = new MyClassLoader();
        Object obj = myLoader.loadClass("java.lang.Math").newInstance();
        System.out.println(obj);
    }
    
}

public final class Math {
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello world");
    }
}

public class MyMath {
    
    public static void 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：

java.lang.NoSuchMethodError: main
Exception in thread "main" 

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，输出如下：

java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang
at java.lang.ClassLoader.preDefineClass(ClassLoader.java:479)
at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:625)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:615)
at java.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:141)
at java.net.URLClassLoader.defineClass(URLClassLoader.java:283)
at java.net.URLClassLoader.access$000(URLClassLoader.java:58)
at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:197)
at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:190)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:306)
at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:301)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:247)
Exception in thread "main" 

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479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 protectionDomain)
    {
  if (!checkName(name))
      throw new NoClassDefFoundError("IllegalName: " + name);
 
  if ((name != null) && name.startsWith("java.")) {
      throw new SecurityException("Prohibited package name: " +
          name.substring(0, name.lastIndexOf('.')));
  }
  if (protectionDomain == null) {
      protectionDomain = getDefaultDomain();
  }
 
  if (name != null)
      checkCerts(name, protectionDomain.getCodeSource());
 
  return protectionDomain;
    }

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。我们继续运行下ClassLoaderTest类，输出如下：

/java/lang/Math.class
sun.net.www.protocol.jar.JarURLConnection$JarURLInputStream@a981ca
java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang
at java.lang.ClassLoader.preDefineClass(ClassLoader.java:479)
at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:625)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:615)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:465)
at com.tq.MyClassLoader.loadClass(MyClassLoader.java:28)
at com.tq.ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:8)
Exception in thread "main" java.lang.ClassNotFoundException
at com.tq.MyClassLoader.loadClass(MyClassLoader.java:31)
at com.tq.ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:8)

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。

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