java安全沙箱(一)之ClassLoader双亲委派机制
java是一种类型安全的语言,它有四类称为安全沙箱机制的安全机制来保证语言的安全性,这四类安全沙箱分别是:
类加载体系
.class文件检验器
内置于Java虚拟机(及语言)的安全特性
安全管理器及Java API
本篇博客主要介绍“类加载体系”的基本原理;如需了解其它几类安全机制可以通过上面的博客链接进入查看。
简介
“类加载体系”及ClassLoader双亲委派机制。java程序中的 .java文件编译完会生成 .class文件,而 .class文件就是通过被称为类加载器的ClassLoader加载的,而ClassLoder在加载过程中会使用“双亲委派机制”来加载 .class文件,先上图:
看着图从上往下介绍:
BootStrapClassLoader:启动类加载器,该ClassLoader是jvm在启动时创建的,用于加载 $JAVA_HOME/jre/lib下面的类库(或者通过参数-Xbootclasspath指定)。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节,开发者无法直接获取到启动类加载器的引用,所以不能直接通过引用进行操作。
ExtClassLoader:扩展类加载器,该ClassLoader是在sun.misc.Launcher里作为一个内部类ExtClassLoader定义的(即 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader),ExtClassLoader会加载 $JAVA_HOME/jre/lib/ext下的类库(或者通过参数-Djava.ext.dirs指定)。
AppClassLoader:应用程序类加载器,该ClassLoader同样是在sun.misc.Launcher里作为一个内部类AppClassLoader定义的(即 sun.misc.Launcher$AppClassLoader),AppClassLoader会加载java环境变量CLASSPATH所指定的路径下的类库,而CLASSPATH所指定的路径可以通过System.getProperty("java.class.path")获取;当然,该变量也可以覆盖,可以使用参数-cp,例如:java -cp 路径 (可以指定要执行的class目录)。
CustomClassLoader:自定义类加载器,该ClassLoader是指我们自定义的ClassLoader,比如tomcat的StandardClassLoader属于这一类;当然,大部分情况下使用AppClassLoader就足够了。
ClassLoader初始化源码
下面贴下jdk关于类加载的源码,上述四种类加载器中CustomClassLoader是用户自定义的,BootStrapClassLoader是jvm创建的,就不展示了;这里展示下AppClassLoader和ExtClassLoader的启动过程,前面介绍过,AppClassLoader和ExtClassLoader都是在sun.misc.Launcher里定义的,而我的sun.misc.Launcher没有源码,大家将就看看反编译的代码吧。如果想看sun.*包下的类源码,大家可以下载openjdk来查看。
public Launcher(){ExtClassLoader extclassloader;try{extclassloader = ExtClassLoader.getExtClassLoader();}catch(IOException ioexception) {throw new InternalError("Could not create extension class loader");}try{loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extclassloader);}catch(IOException ioexception1){throw new InternalError("Could not create application class loader");}Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader);String s = System.getProperty("java.security.manager");if(s != null){SecurityManager securitymanager = null;if("".equals(s) || "default".equals(s))securitymanager = new SecurityManager();elsetry{securitymanager = (SecurityManager)loader.loadClass(s).newInstance();}catch(IllegalAccessException illegalaccessexception) { }catch(InstantiationException instantiationexception) { }catch(ClassNotFoundException classnotfoundexception) { }catch(ClassCastException classcastexception) { }if(securitymanager != null)System.setSecurityManager(securitymanager);elsethrow new InternalError((new StringBuilder()).append("Could not create SecurityManager: ").append(s).toString());}}
可以看到在Launcher构造函数的执行过程如下:
通过ExtClassLoader.getExtClassLoader()创建了ExtClassLoader;
通过AppClassLoader.getAppClassLoader(ExtClassLoader)创建了AppClassLoader,并将ExtClassLoader设为AppClassLoader的parent ClassLoader;
通过Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader)把AppClassLoader设为线程的上下文 ClassLoader;
根据jvm参数-Djava.security.manager创建安全管理器(安全管理器的相关内容会在后续博客安全管理器及Java API中介绍),此时jvm会设置系统属性"java.security.manager"为空字符串""。
再贴下ExtClassLoader源码:
public static ExtClassLoader getExtClassLoader()throws IOException{File afile[] = getExtDirs();return (ExtClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction(afile) {public Object run() throws IOException{int i = dirs.length;for(int j = 0; j < i; j++)MetaIndex.registerDirectory(dirs[j]);return new ExtClassLoader(dirs);}final File val$dirs[];{dirs = afile;super();}});PrivilegedActionException privilegedactionexception;privilegedactionexception;throw (IOException)privilegedactionexception.getException();}private static File[] getExtDirs(){String s = System.getProperty("java.ext.dirs");File afile[];if(s != null){StringTokenizer stringtokenizer = new StringTokenizer(s, File.pathSeparator);int i = stringtokenizer.countTokens();afile = new File[i];for(int j = 0; j < i; j++)afile[j] = new File(stringtokenizer.nextToken());} else{afile = new File[0];}return afile;}
反编译的源码,大家将就看下;这里大家关注下getExtDirs()这个方法,它会获取属性"java.ext.dirs"所对应的值,然后通过系统分隔符分割,然后加载分割后的字符串对应的目录作为ClassLoader的类加载库。
下面看看AppClassLoader源码:
public static ClassLoader getAppClassLoader(ClassLoader classloader) throws IOException{String s = System.getProperty("java.class.path");File afile[] = s != null ? Launcher.getClassPath(s) : new File[0];return (AppClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction(s, afile, classloader) {public Object run() {URL aurl[] = s != null ? Launcher.pathToURLs(path) : new URL[0];return new AppClassLoader(aurl, extcl);}final String val$s;final File val$path[];final ClassLoader val$extcl;{s = s1;path = afile;extcl = classloader;super();}});}
首先获取"java.class.path"对应的属性,并转换为URL[]并设置为ClassLoader的类加载库,注意这里的方法入参classloader就是ExtClassLoader,在创AppClassLoader会传入ExtClassLoader作为parent ClassLoader。
上面就是ClassLoader的启动和初始化过程,后面会把loader作为应用程序的默认ClassLoader使用,看下面的测试用例:
package com.jvm.study.classload;public class Test {public static void main(String... args) {ClassLoader loader = Test.class.getClassLoader();System.err.println("loader:"+loader);while (loader != null) {loader = loader.getParent();System.err.println("in while:"+loader);}} }
可以看到ClassLoader的层次结构,输出结果为:
ClassLoader双亲委派机制源码
前面谈到了ClassLoader的几类加载器,而ClassLoader使用双亲委派机制来加载class文件的。
ClassLoader的双亲委派机制是这样的(这里先忽略掉自定义类加载器CustomClassLoader):
当AppClassLoader加载一个class时,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
当ExtClassLoader加载一个class时,它首先也不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。
如果BootStrapClassLoader加载失败(例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class),会使用ExtClassLoader来尝试加载;
若ExtClassLoader也加载失败,则会使用AppClassLoader来加载,如果AppClassLoader也加载失败,则会报出异常ClassNotFoundException。
下面贴下ClassLoader的loadClass(String name, boolean resolve)源码:
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {// First, check if the class has already been loadedClass c = findLoadedClass(name);if (c == null) {try {if (parent != null) {c = parent.loadClass(name, false);} else {c = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {// ClassNotFoundException thrown if class not found// from the non-null parent class loader }if (c == null) {// If still not found, then invoke findClass in order// to find the class.c = findClass(name);}}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}
代码很明朗:首先找缓存(findLoadedClass),没有的话就判断有没有parent,有的话就用parent来递归的loadClass,然而ExtClassLoader并没有设置parent,则会通过findBootstrapClassOrNull来加载class,而findBootstrapClassOrNull则会通过JNI方法”private native Class findBootstrapClass(String name)“来使用BootStrapClassLoader来加载class。
然后如果parent未找到class,则会调用findClass来加载class,findClass是一个protected的空方法,可以覆盖它以便自定义class加载过程。
另外,虽然ClassLoader加载类是使用loadClass方法,但是鼓励用 ClassLoader 的子类重写 findClass(String),而不是重写loadClass,这样就不会覆盖了类加载默认的双亲委派机制。
双亲委派机制为什么安全
前面谈到双亲委派机制是为了安全而设计的,但是为什么就安全了呢?举个例子,ClassLoader加载的class文件来源很多,比如编译器编译生成的class、或者网络下载的字节码。而一些来源的class文件是不可靠的,比如我可以自定义一个java.lang.Integer类来覆盖jdk中默认的Integer类,例如下面这样:
package java.lang;/*** hack*/ public class Integer {public Integer(int value) {System.exit(0);} }
初始化这个Integer的构造器是会退出JVM,破坏应用程序的正常进行,如果使用双亲委派机制的话该Integer类永远不会被调用,以为委托BootStrapClassLoader加载后会加载JDK中的Integer类而不会加载自定义的这个,可以看下下面这测试个用例:
public static void main(String... args) {Integer i = new Integer(1);System.err.println(i);}
执行时JVM并未在new Integer(1)时退出,说明未使用自定义的Integer,于是就保证了安全性。
转载于:https://www.cnblogs.com/duanxz/p/6108343.html
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