1.類加載機(jī)制

Java中的源碼.java后綴文件會(huì)在運(yùn)行前被編譯成.class后綴文件，文件內(nèi)的字節(jié)碼的本質(zhì)就是一個(gè)字節(jié)數(shù)組 ，它有特定的復(fù)雜的內(nèi)部格式，Java類初始化的時(shí)候會(huì)調(diào)用java.lang.ClassLoader加載字節(jié)碼，.class文件中保存著Java代碼經(jīng)轉(zhuǎn)換后的虛擬機(jī)指令，當(dāng)需要使用某個(gè)類時(shí)，虛擬機(jī)將會(huì)加載它的.class文件，并創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的class對(duì)象，將class文件加載到虛擬機(jī)的內(nèi)存，而在JVM中類的查找與裝載就是由ClassLoader完成的，而程序在啟動(dòng)的時(shí)候，并不會(huì)一次性加載程序所要用的所有class文件，而是根據(jù)程序的需要，來(lái)動(dòng)態(tài)加載某個(gè)class文件到內(nèi)存當(dāng)中的，從而只有class文件被載入到了內(nèi)存之后，才能被其它c(diǎn)lass所引用。所以ClassLoader就是用來(lái)動(dòng)態(tài)加載class文件到內(nèi)存當(dāng)中用的。

2.類加載方式

Java類加載方式分為顯式和隱式

顯式：利用反射來(lái)加載一個(gè)類

隱式：通過(guò)ClassLoader來(lái)動(dòng)態(tài)加載，new 一個(gè)類或者 類名.方法名返回一個(gè)類

示例代碼:

@Test
public void loadClassTest() throws Exception {
? ? //1、反射加載
? ? Class<?> aClass = Class.forName("java.lang.Runtime");
? ? System.out.println(aClass.getName());

? ? //2、ClassLoader加載
? ? Class<?> aClass1 = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("java.lang.ProcessBuilder");
? ? System.out.println(aClass1.getName());

}

那也就是其實(shí)可以通過(guò)ClassLoader.loadClass()代替Class.forName()來(lái)獲取某個(gè)類的class對(duì)象。

3.ClassLoader

ClassLoader（類加載器）主要作用就是將class文件讀入內(nèi)存，并為之生成對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象

JVM中存在3個(gè)內(nèi)置ClassLoader：

• BootstrapClassLoader 啟動(dòng)類加載器 負(fù)責(zé)加載 JVM 運(yùn)行時(shí)核心類，這些類位于 JAVA_HOME/lib/rt.jar 文件中，我們常用內(nèi)置庫(kù) java.xxx.* 都在里面，比如 java.util.*、java.io.*、java.nio.*、java.lang.* 等等。
• ExtensionClassLoader 擴(kuò)展類加載器 負(fù)責(zé)加載 JVM 擴(kuò)展類，比如 swing 系列、內(nèi)置的 js 引擎、xml 解析器 等等，這些庫(kù)名通常以 javax 開(kāi)頭，它們的 jar 包位于 JAVA_HOME/lib/ext/*.jar 中
• AppClassLoader 系統(tǒng)類加載器 才是直接面向我們用戶的加載器，它會(huì)加載 Classpath 環(huán)境變量里定義的路徑中的 jar 包和目錄。我們自己編寫(xiě)的代碼以及使用的第三方 jar 包通常都是由它來(lái)加載的。

除了Java自帶的ClassLoader外，還可以自定義ClassLoader，自定義的ClassLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類，也包括Java提供的另外二個(gè)ClassLoader（Extension ClassLoader和App ClassLoader）在內(nèi)，但是Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader，因?yàn)樗皇且粋€(gè)普通的Java類，底層由C++編寫(xiě)，已嵌入到了JVM內(nèi)核當(dāng)中，當(dāng)JVM啟動(dòng)后，Bootstrap ClassLoader也隨著啟動(dòng)，負(fù)責(zé)加載完核心類庫(kù)后，并構(gòu)造Extension ClassLoader和App ClassLoader類加載器。

4.類加載流程

類加載指的是在.java文件編譯成.class字節(jié)碼文件后，當(dāng)需要使用某個(gè)類時(shí)，虛擬機(jī)將會(huì)加載它的.class文件，將.class文件讀入內(nèi)存，并在內(nèi)存中為之創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對(duì)象。但是實(shí)現(xiàn)步驟看起來(lái)會(huì)比較空洞和概念化，暫時(shí)不去深入研究，理解類加載是做什么的并了解加載過(guò)程即可。后續(xù)有剛需再去深入。

類加載大致分為三個(gè)步驟：加載、連接、初始化。

加載

類加載指的是將class文件讀入內(nèi)存，并為之創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對(duì)象，即程序中使用任何類時(shí)，也就是任何類在加載進(jìn)內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)為之建立一個(gè)java.lang.Class對(duì)象，這個(gè)Class對(duì)象包含了該類的所有信息，如Filed，Method等，系統(tǒng)中所有的類都是java.lang.Class的實(shí)例。
類的加載由類加載器完成，JVM提供的類加載器叫做系統(tǒng)類加載器，此外還可以通過(guò)自定義類加載器加載。
通?？梢杂萌缦聨追N方式加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)：

從本地文件系統(tǒng)加載class文件。

從JAR包中加載class文件，如JAR包的數(shù)據(jù)庫(kù)啟驅(qū)動(dòng)類。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)加載class文件。

把一個(gè)Java源文件動(dòng)態(tài)編譯并執(zhí)行加載。

鏈接

鏈接階段負(fù)責(zé)把類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)合并到JRE中，其又可分為如下三個(gè)階段：

驗(yàn)證：確保加載的類信息符合JVM規(guī)范，無(wú)安全方面的問(wèn)題。
準(zhǔn)備：為類的靜態(tài)Field分配內(nèi)存，并設(shè)置初始值。
解析：將類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的符號(hào)引用替換成直接引用。

初始化

類加載最后階段，若該類具有超類，則對(duì)其進(jìn)行初始化，執(zhí)行靜態(tài)初始化器和靜態(tài)初始化成員變量(如前面只初始化了默認(rèn)值的static變量將會(huì)在這個(gè)階段賦值，成員變量也將被初始化

5.雙親委派機(jī)制

基本概念

前面提到了Java自帶3個(gè)ClassLoader，包括我們也可以實(shí)現(xiàn)自定義ClassLoader完成類加載，但是具體某個(gè)類的加載用的是哪個(gè)ClassLoader呢。這里涉及到一個(gè)雙親委派機(jī)制（PS：這個(gè)我看網(wǎng)上有講的是委托也有是委派，個(gè)人覺(jué)得委派好聽(tīng)，先這么叫著:D）

這里丟個(gè)圖，基本概述了雙親委派機(jī)制（先走藍(lán)色箭頭再走紅色箭頭）

雙親委派簡(jiǎn)單理解：向上委派，向下加載

當(dāng)一個(gè).class文件要被加載時(shí)。不考慮我們自定義類加載器，首先會(huì)在AppClassLoader中檢查是否加載過(guò)，如果有那就無(wú)需再加載了。如果沒(méi)有，那么會(huì)拿到父加載器，然后調(diào)用父加載器的loadClass方法。父類中同理也會(huì)先檢查自己是否已經(jīng)加載過(guò)，如果沒(méi)有再往上。注意這個(gè)類似遞歸的過(guò)程，直到到達(dá)Bootstrap classLoader之前，都是在檢查是否加載過(guò)，并不會(huì)選擇自己去加載。直到BootstrapClassLoader，已經(jīng)沒(méi)有父加載器了，這時(shí)候開(kāi)始考慮自己是否能加載了（向上委派）; 如果自己無(wú)法加載，會(huì)下沉到子加載器去加載，一直到最底層（向下加載）。如果沒(méi)有任何加載器能加載，就會(huì)拋出ClassNotFoundException異常。

為什么呢？

那么為什么加載類的時(shí)候需要雙親委派機(jī)制呢？

采用雙親委派模式的是好處是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級(jí)的層次關(guān)系，通過(guò)這種層級(jí)關(guān)可以避免類的重復(fù)加載，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類時(shí)，就沒(méi)有必要子ClassLoader再加載一次。

其次是，如果有人想替換系統(tǒng)級(jí)別的類：String.java。篡改它的實(shí)現(xiàn)，在這種機(jī)制下這些系統(tǒng)的類已經(jīng)被Bootstrap classLoader加載過(guò)了（為什么？因?yàn)楫?dāng)一個(gè)類需要加載的時(shí)候，最先去嘗試加載的就是BootstrapClassLoader），所以其他類加載器并沒(méi)有機(jī)會(huì)再去加載，從一定程度上防止了危險(xiǎn)代碼的植入。

自定義ClassLoader

先看下ClassLoader這個(gè)類中的核心方法

ClassLoader核心方法：

• loadClass(加載指定的Java類)

一般實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法的步驟是:執(zhí)行findLoadedClass(String)去檢測(cè)這個(gè)class是不是已經(jīng)加載過(guò)了。
執(zhí)行父加載器的loadClass方法。如果父加載器為null則jvm內(nèi)置的加載器去替代,也就是Bootstrap ClassLoader。這也解釋了ExtClassLoader的parent為null,但仍然說(shuō)Bootstrap ClassLoader是它的父加載器。如果向上委托父加載器沒(méi)有加載成功;則通過(guò)findClass(String)查找。
如果class在上面的步驟中找到了,參數(shù)resolve又是true的話那么loadClass()又會(huì)調(diào)用resolveClass(Class)這個(gè)方法來(lái)生成最終的Class對(duì)象。

• findClass(查找指定的Java類)
• findLoadedClass(查找JVM已經(jīng)加載過(guò)的類)
• defineClass(定義一個(gè)Java類)
• resolveClass(鏈接指定的Java類)

編寫(xiě)自定義ClassLoader步驟：

• 1、編寫(xiě)一個(gè)類繼承ClassLoader抽象類；
• 2、重寫(xiě)findClass()方法；
• 3、在findClass()方法中調(diào)用defineClass()方法即可實(shí)現(xiàn)自定義ClassLoader；

 編寫(xiě)測(cè)試類

package classloader;

public class test {
? ? public String hello(){
? ? ? ? return "hello, CoLoo!";
? ? }
}

編譯為.class文件

class轉(zhuǎn)換bytes

public class ByteClass {
? ? public static void main(String[] args) throws IOException {
? ? ? ? FileInputStream fis = new FileInputStream("test.class");
? ? ? ? byte[] classBytes = IOUtils.readFully(fis, -1, false);
? ? ? ? System.out.println(Arrays.toString(classBytes));
? ? }
}

Output:

[-54, -2, -70, -66, 0, 0, 0, 52, 0, 17, 10, 0, 4, 0, 13, 8, 0, 14, 7, 0, 15, 7, 0, 16, 1, 0, 6, 60, 105, 110, 105, 116, 62, 1, 0, 3, 40, 41, 86, 1, 0, 4, 67, 111, 100, 101, 1, 0, 15, 76, 105, 110, 101, 78, 117, 109, 98, 101, 114, 84, 97, 98, 108, 101, 1, 0, 5, 104, 101, 108, 108, 111, 1, 0, 20, 40, 41, 76, 106, 97, 118, 97, 47, 108, 97, 110, 103, 47, 83, 116, 114, 105, 110, 103, 59, 1, 0, 10, 83, 111, 117, 114, 99, 101, 70, 105, 108, 101, 1, 0, 9, 116, 101, 115, 116, 46, 106, 97, 118, 97, 12, 0, 5, 0, 6, 1, 0, 13, 104, 101, 108, 108, 111, 44, 32, 67, 111, 76, 111, 111, 33, 1, 0, 16, 99, 108, 97, 115, 115, 108, 111, 97, 100, 101, 114, 47, 116, 101, 115, 116, 1, 0, 16, 106, 97, 118, 97, 47, 108, 97, 110, 103, 47, 79, 98, 106, 101, 99, 116, 0, 33, 0, 3, 0, 4, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 6, 0, 1, 0, 7, 0, 0, 0, 29, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 5, 42, -73, 0, 1, -79, 0, 0, 0, 1, 0, 8, 0, 0, 0, 6, 0, 1, 0, 0, 0, 3, 0, 1, 0, 9, 0, 10, 0, 1, 0, 7, 0, 0, 0, 27, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 3, 18, 2, -80, 0, 0, 0, 1, 0, 8, 0, 0, 0, 6, 0, 1, 0, 0, 0, 5, 0, 1, 0, 11, 0, 0, 0, 2, 0, 12]

自定義ClassLoader

package classloader;

import java.lang.reflect.Method;

public class ClassLoaderTest extends ClassLoader {

? ? private static String className = "classloader.test";
? ? //轉(zhuǎn)換byte后的字節(jié)碼
? ? private static byte[] classBytes = new byte[]{54, -2, -70, -66, 0, 0, 0, 52, 0, 17, 10, 0, 4, 0, 13, 8, 0, 14, 7, 0, 15, 7, 0, 16, 1, 0, 6, 60, 105, 110, 105, 116, 62, 1, 0, 3, 40, 41, 86, 1, 0, 4, 67, 111, 100, 101, 1, 0, 15, 76, 105, 110, 101, 78, 117, 109, 98, 101, 114, 84, 97, 98, 108, 101, 1, 0, 5, 104, 101, 108, 108, 111, 1, 0, 20, 40, 41, 76, 106, 97, 118, 97, 47, 108, 97, 110, 103, 47, 83, 116, 114, 105, 110, 103, 59, 1, 0, 10, 83, 111, 117, 114, 99, 101, 70, 105, 108, 101, 1, 0, 9, 116, 101, 115, 116, 46, 106, 97, 118, 97, 12, 0, 5, 0, 6, 1, 0, 13, 104, 101, 108, 108, 111, 44, 32, 67, 111, 76, 111, 111, 33, 1, 0, 16, 99, 108, 97, 115, 115, 108, 111, 97, 100, 101, 114, 47, 116, 101, 115, 116, 1, 0, 16, 106, 97, 118, 97, 47, 108, 97, 110, 103, 47, 79, 98, 106, 101, 99, 116, 0, 33, 0, 3, 0, 4, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 6, 0, 1, 0, 7, 0, 0, 0, 29, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 5, 42, -73, 0, 1, -79, 0, 0, 0, 1, 0, 8, 0, 0, 0, 6, 0, 1, 0, 0, 0, 3, 0, 1, 0, 9, 0, 10, 0, 1, 0, 7, 0, 0, 0, 27, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 3, 18, 2, -80, 0, 0, 0, 1, 0, 8, 0, 0, 0, 6, 0, 1, 0, 0, 0, 5, 0, 1, 0, 11, 0, 0, 0, 2, 0, 12};


? ? @Override
? ? protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
? ? ? ? //只處理classloader.test類
? ? ? ? if (name.equals(className)) {
? ? ? ? ? ? //調(diào)用definClass將一個(gè)字節(jié)流定義為一個(gè)類。
? ? ? ? ? ? return defineClass(className, classBytes, 0, classBytes.length);
? ? ? ? }
? ? ? ? return super.findClass(name);
? ? }

? ? public static void main(String[] args) throws Exception {
? ? ? ? //創(chuàng)建加載器
? ? ? ? ClassLoaderTest clt = new ClassLoaderTest();
? ? ? ? //使用我們自定義的類去加載className
? ? ? ? Class clazz = clt.loadClass(className);
? ? ? ? //反射創(chuàng)建test類對(duì)象
? ? ? ? Object test = clazz.newInstance();
? ? ? ? //反射獲取方法
? ? ? ? Method method = test.getClass().getMethod("hello");
? ? ? ? //反射去調(diào)用執(zhí)行方法
? ? ? ? String str = (String) method.invoke(test);
? ? ? ? System.out.println(str);

? ? }
}

執(zhí)行了test類的hello方法：

一些思考

上面自定義ClassLoader流程也可以小結(jié)一下：

1. 準(zhǔn)備自定義類，編譯為.class文件
2. 將.class文件內(nèi)容專為bytes數(shù)組
3. 自定義ClassLoader，繼承ClassLoader類，重寫(xiě)findClass()方法，在方法中定義對(duì)指定類的處理流程
4. 主函數(shù)創(chuàng)建自定義ClassLoader對(duì)象并loadClass()指定類，如果自定義的ClassLoader完成了加載則會(huì)獲得該類的class對(duì)象，后續(xù)可通過(guò)反射來(lái)深入利用（如執(zhí)行某個(gè)方法）。

那ClassLoader對(duì)于安全來(lái)說(shuō)能做什么？

1、個(gè)人這里目前想到的是代替Class.forName()，通過(guò)ClassLoader.loadClass()獲取class對(duì)象

@Test
public void classLoaderRuntime() throws Exception {
? ? Class<?> aClass = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("java.lang.Runtime");
? ? Runtime runtime = (Runtime) aClass.getMethod("getRuntime").invoke(aClass);
? ? runtime.exec("open -a Calculator");

}

2、加載惡意類

如webshell中（之前有次攻防捕捉到一個(gè)webshell里面用到了classloader）或者內(nèi)存馬中應(yīng)該也可以用到。

惡意類加載還是有必要深入學(xué)習(xí)一下，給后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)存馬和反序列化payload打個(gè)基礎(chǔ)。

首先上面提到了，關(guān)于顯隱式加載類是有些區(qū)別的，顯示加載時(shí)（反射）可以觸發(fā)該類的初始化從而調(diào)用靜態(tài)代碼塊執(zhí)行，主要是因?yàn)槭褂胘ava.lang.reflect對(duì)類進(jìn)行反射調(diào)用時(shí)，如果該類沒(méi)有初始化會(huì)先進(jìn)行類的初始化;而隱式加載，如new，ClassLoader.getSystemClassLoader.loadClass()，不會(huì)初始化類也就不執(zhí)行靜態(tài)代碼塊中的內(nèi)容。

下面簡(jiǎn)單測(cè)試了幾個(gè)可能會(huì)用到的觸發(fā)類初始化的類加載方式，

簡(jiǎn)單列舉下：

• 默認(rèn)java.lang.ClassLoader

1. loadClass() + newInstance()
2. Class.forName()
3. Class.forName(ClassName, true, ClassLoaderName) + newInstance()

• org.apache.bcel.util.ClassLoader 也是fj經(jīng)常用到的,需要注意的是在JDK8u251之后就沒(méi)有ClassLoader這個(gè)類了
• URLClassLoader
• new

Classloader

package classloader;
import com.sun.org.apache.bcel.internal.Repository;
import com.sun.org.apache.bcel.internal.classfile.JavaClass;
import com.sun.org.apache.bcel.internal.classfile.Utility;
import com.sun.org.apache.bcel.internal.util.ClassLoader;


public class ClassLoaderBaseClass {
? ? public static void main(String[] args) throws Exception {
? ? ? ? // 1、ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass() + 反射newInstance() [+]
? ? ? ? ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("classloader.CalcBaseClass2").newInstance();

? ? ? ? // 0x02 new [+]
? ? ? ? CalcBaseClass2 calcBaseClass2 = new CalcBaseClass2();

? ? ? ? // 0x03 Class.forName() [+]
? ? ? ? Class.forName("classloader.CalcBaseClass2");

? ? ? ? // 0x04 ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass() [-]
? ? ? ? ClassLoaderTest.getSystemClassLoader().loadClass("classloader.CalcBaseClass2");

? ? ? ? // 0x05 Class.forName(className, true, ClassLoaderName)
? ? ? ? Class.forName("classloader.CalcBaseClass", true, java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader());

? ? ? ? // 0x06 bcel
? ? ? ? JavaClass clazz = Repository.lookupClass(CalcBaseClass2.class);
? ? ? ? String code = Utility.encode(clazz.getBytes(), true);
? ? ? ? System.out.println(code);

? ? ? ? new ClassLoader().loadClass("$$BCEL$$" + code).newInstance();

? ? }
}

calc

package classloader;

import java.io.IOException;

public class CalcBaseClass2 {
? ? static {
? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? Runtime.getRuntime().exec("open -a Calculator");
? ? ? ? } catch (IOException e) {
? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? }
? ? }

}

到此這篇關(guān)于Java安全-ClassLoader的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ClassLoader內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

參考：

https://www.cnblogs.com/nice0e3/p/13719903.html

http://code2sec.com/javafan-xu-lie-hua-lou-dong-xue-xi-shi-jian-liu-lei-de-jia-zai-ji-zhi-he-e-yi-lei-gou-zao.html

https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/73413292

https://blog.csdn.net/CNAHYZ/article/details/82219210

https://blog.csdn.net/briblue/article/details/54973413

https://blog.csdn.net/codeyanbao/article/details/82875064