类加载和反射

Posted 2023-03-30 专治八阿哥的孟老师

1. 类的加载和初始化

在程序用到一个类的时候，如果类还没有加载到内存，JVM会对类进行加载、连接和初始化。
类加载由类加载器完成，类加载器通常由JVM提供（系统类加载器）。开发者也可以通过继承ClassLoader创建自己的类加载器。
类加载器加载类的二进制数据，可以从以下几个地方获得：

1. 从本地文件系统加载class文件
2. 从JAR包加载class文件
3. 网络加载class文件
4. 动态编译Java源文件实现加载。
   类被加载后，系统会为类生成一个对应的Class对象，通过类连接把类的二进制数据合并到JRE中，称为类连接。类连接有三个阶段：
5. 验证：检验被加载的类是否有正确的内部结构
6. 准备：为类的静态属性分配内存，设置默认初始值
7. 解析：将二进制数据中的符号引用替换成直接引用
   虚拟机对类进行初始化，主要是对静态属性进行初始化。声明静态属性的初始值，可在声明静态属性时指定初始值，也可以使用静态初始块为静态属性指定初始值。

public class ClassTest 
	static int a = 1;// 声明的时候执行初始值
	static int b;
	static // 静态代码块，第一次加载类的时候执行
		System.out.println("静态代码块");
		System.out.println(b);// 输出默认值0
		b = 2;
		System.out.println(b);// 输出2
	
	//每次new对象都会执行
		System.out.println("实例代码块");
	

测试代码：

public static void main(String[] args) 
	ClassTest test1 = new ClassTest();
	ClassTest test2 = new ClassTest();

输出结果：

JVM初始化一个类的时候，步骤如下：

1. 如果类没被加载和连接，程序先加载并连接该类。
2. 如果该类的直接父类没有被初始化，则先初始化直接父类
3. 如果类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句
   JAVA中通过以下6中方法，可以触发一个类的初始化：
   a) 创建类的实例。new一个对象、通过反序列化或反射来创建类的实例
   b) 调用某个类的静态方法
   c) 访问某个类或接口的静态属性，或为静态属性赋值
   d) 使用反射方式强制创建某个类的java.lang.Class对象
   e) 初始化某个类的子类，该子类的所有父类都会被初始化
   f) 用java.exe运行某个主类
   另外，对于一个final修饰的静态属性，如果该属性在编译时就能得到属性值，访问该属性时不会触发类的初始化。如：

public class ClassTest 
	final static int a = 1;// 声明的时候执行初始值

public static void main(String[] args) 
	System.out.println(ClassTest.a);//不会触发ClassTest初始化

2. 类加载器

类加载器负责将.class文件加载到内存中，并生成对应的java.lang.Class对象。同一个类只能被加载到JVM中一次。在Java中，用类的全限定名(包名+类名)作为标识，区分是不是同一个类，即同一个包下不能有重名的类。JVM在加载类的时候，用类的全限定名+加载器的名字作为唯一标识。即同一个类可以被不同的类加载器加载，每个类加载器只能加载一次。
JVM启动时，有三个类加载器：

1. Bootstrap ClassLoader:根类加载器，负责加载Java的核心类，它不是ClassLoader的子类，而是由JVM自身实现的。核心类在jre/lib下
2. Extension ClassLoader:扩展类加载器，负责加载JRE扩展目录(jre/lib/ext)中的JAR包
3. System ClassLoader:系统类加载器，负责在JVM启动时，加载来自java中的-classpath选项或java.class.path系统属性，或CLASSPATH环境变量所指定的JAR包和类路径。
   JVM加载类主要有如下三种机制：
4. 全盘负责：当一个类加载器负责加载某个Class的时候，该Class所依赖的和引用的其它Class将由该类加载器负责载入。除非显示使用另外一个类加载器来载入。
5. 父类委托：先让parent类加载器加载该Class,只有当parent加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类。
6. 缓存机制：缓存机制将会保证所有被加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存中搜寻该Class,只有当缓存中不存在时，系统才会重新读取该类的二进制数据，并将其转换为Class对象。因此修改了Class后必须重新启动JVM。

public static void main(String[] args) throws IOException 
		ClassLoader systemLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
		System.out.println(systemLoader);
		// 获取系统类加载器的加载路径，通常是CLASSPATH环境变量指定。
		// 如果没有指定CLASSPATH,默认是当前路径为系统类加载器的加载路径
		Enumeration<URL> eml = systemLoader.getResources("");
		while (eml.hasMoreElements()) 
			System.out.println(eml.nextElement());
		
		ClassLoader parentLoader = systemLoader.getParent();
		System.out.println("扩展类加载器："+parentLoader);
		System.out.println("扩展类加载器的加载路径："+System.getProperty("java.ext.dirs"));
		System.out.println("扩展类加载器的parent："+parentLoader.getParent());
	

3. 反射

3.1 获得Class对象

每个类被加载后，都会为该类生成一个对应的Class对象，通过该Class对象可以访问JVM中的这个类。Java中获得Class对象有三种方式：

1. 使用Class.forName(“类全限定名”)
2. 调用某个类的class属性。如Person.class
3. 调用某个对象的getClass()方法。
   通过Class对象可以访问对象的构造器、方法、属性。
   3.2 使用反射操作对象
   Class类中有可以访问类的Constructor（构造方法）、Methods（方法）、Field（属性）
   方法名中带Declared的，表示类中声明的成员，无关访问修饰符。

package classtest;

public class ClassTest 
	private String name;

	public ClassTest() 
		System.out.println("ClassTest无参构造");
	

	public ClassTest(String name) 
		this.name = name;
		System.out.println("ClassTest有参构造");
	

	public void info() 
		System.out.println("info()");
	

	public void info(String in) 
		System.out.println("info(String in)" + in);
	

	private void pri() 

	


public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException 
		Class clazz =Class.forName("classtest.ClassTest");
		Constructor[] constructors = clazz.getDeclaredConstructors();// 获取所有构造器
		for (Constructor cons : constructors) 
			System.out.println(cons);
		
		Method[] methods = clazz.getMethods();// 获取类中所有public方法
		for (Method m : methods) 
			System.out.println(m);
		
		Method info = clazz.getMethod("info", String.class);// 获取info(String)这个方法
		Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();//获取所有声明的属性，与访问权限无关
		for(Field f:fields)
			System.out.println(f);
		
	

类加载机制和反射

第18章 类加载机制和反射

java类加载器处理根类加载器之外，其他都是用java写的

18.1 类的加载、连接和初始化

系统可能在第一次使用某一个类时加载这个类，也可能采用预加载机制来加载某一个类

18.1.1 JVM和类

当调用java命令运行某一个java程序时，该命令就会启动一个jvm进程，

不管该类有多复杂，该程序启动多少个线程，他们都是处于JVM进程里

下面情况jvm进程将被终止

1. 程序运行到最后正常结束

2. 程序运行中使用了System.exit() 或者Runtime.getRuntime().exit()代码结束程序

3. 程序执行过程中遇到未捕获的异常或者错误

4. 程序所在平台强制结束jvm进程

 

18.1.2 类的加载

当程序主动使用某一个类时，如果程序还未加载到内存中，则系统会通过加载，连接，初始化三个步骤来对该类进行初始化，这三个步骤就被称为类的加载或者初始化

类加载是指将类的class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象，当程序使用任何类时，系统都会建立一个java.lang.Class对象

 

类的加载由类的加载器完成，加载器通常由JVM提供，这些类加载器也是程序运行的基础，JVM提供的这些类加载器被称为类加载器，除此之外，开发者可以通过继承ClassLoader基类来创建自己的类加载器

类加载器通常无需等到首次使用才加载，jvm规范允许系统预先加载某些类

18.1.3 类的连接

当类的加载之类，系统会为之生成一个Class对象，接着将会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中，类的连接又可分为3个阶段

1. 验证 ： 验证阶段用于检验被加载类是否有正确的内部结构，并和类协调一致

2. 准备 ： 类准备阶段负责为类的类变量分配内存，并设置默认值

3. 解析 ： 将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用

18.1.4 类的初始化

在类的初始化阶段，jvm负责对类进行初始化，主要就是对类变量直接进行初始化，

在java类中对类变量指定初始值的方式有两种

1. 声明类变量时指定初始值

2. 使用静态初始化块为类变量指定初始值

JVM初始化一个类包括如下几个步骤

1. 假如这个类还没有被加载和连接，则呈现先加载并连接该类

2. 假如这个类的直接父类还没哟初始化，则先初始化其直接父类

3. 假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

当执行2 步骤时，对该直接父类也执行上面1~3步骤

18.1.5 类初始化的时机

当java程序首次通过如下6种方式来使用某一个类或者接口时，系统就会初始化该了或者接口

1.创建类的实例（使用 new来创建， 通过反射来创建实例，通过反射系列化来创建实例）

2.调用某一个类的类方法（静态方法）

3.访问某一个类或者接口的类变量或者为该类变量赋值

4.使用反射方式来强制创建某一个类或者接口对于的java.lang.Class对象

5.初始化某个类的子类

6.直接使用java.exe命令来运行某个主类。

 

对于final型 类变量，如果该类变量在编译期值就确定下来了，那么这个类变量相当于“宏变量”，java编译器会在编译时就直接把这个类变量出现的地方替换成他的值，即使使用g该静态变量也不会导致类初始化

 

18.2 类的加载器

类的加载器负责将.class文件加载入内存中，并为之生成对应的java.lang.Class对象。

18.2.1 类加载器简介

类的加载器负责将.class文件加载入内存中，并为之生成对应的java.lang.Class对象。一旦一个类别载入JVM中，同一个类就不会被再次加载了

在java中一个类用其全限定类名（包名和类名）作为标识

但在jvm中用一个类的全限定名和其类加载器作为唯一标识

 

当jvm启动时，回形成由三个类加载器组成的初始化类加载器层次结构

1.Bootstra ClassLoader ：根类加载器 它负责加载java核心类

2.Extension ClassLoader  ：扩张类加载器 负责加载JRE扩展目录

3.System ClassLoader  ：系统加载器 它负责在jvm启动时加载来自java命令的classpath选项

18.2.2 类的加载机制

jvm类的加载机制主要有如下的三种

1. 全盘负责 当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用其他类加载器来加载

2. 父类委托 先让父类加载器视图加载该类Class，只有父类无法加载该类时，才尝试从自己类路径中加载

3. 缓存机制 保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载会先从缓存中搜寻该Class

类加载器之间的父子关系不是继承上的父子关系

用户类加载器 → 系统类加载器 → 扩展类加载器 → 根类加载器

 

类加载器加载Class大致要经过8个步骤

1. 检测此Class是否加载入过 ，如果有直接到第8步

2. 如果服了加载器不存在（要么父类时根类加载器，要么自己是各类加载器，跳第4 步）

3. 请求使用父类加载器加载器去载入目标类，成功跳第8 失败跳第5

4. 请求使用根类加载器来加载目标类 成功跳第8 失败跳第 7

5. 当前类加载器尝试寻找Class文件 找到执行第6 失败跳第7

6. 从文件中载入该Class 成功跳第8

7. 抛出文件没找到异常

8. 返回对应的java.lang.Class对象

 

18.2.3 创建并使用自定义的类加载器

jvm除根类加载器之外的所有类加载器都是ClassLoader子类的实例，可以继承ClassLoader来实现自定义的类加载器

ClassLoader类有如下两个关键方法

1. loadClass（String name， boolean resolve）

2. findClass(String name)

通常从写findClass()

LoadClass()方法执行步骤如下

1.用findLoadedClass（String）来检查是否加载过该类，如果有直接返回

2.在啊父类加载器上调用loadClass（）,父类加载器为空，直接使用根类加载器来加载

3.调用findClass（String）方法查找类

 

18.3 通过反射查看类信息

程序在运行时接收到外部传入的一个对象，该对象编译时类型是Object，但程序又需要调用该对象运行时类型的方法

为了解决这些问题，程序需要在运行时，发现对象和类的真实信息，解决问题有如下两种方法

1. 第一种做法是假设在编译时发现对象和了的真实信息，可以先使用instanceof运算符，在利用强制类型转换会玩为器运行时类型就可以了

2. 程序只能靠运行时信息来发现对象和类的真实性，这就必须使用反射了

18.3.1 获得Class对象

每个类被加载后，系统就会为该类生成一个对应的Class对象，通过该Class对象就可以访问到JVM中的这个类，在java程序中获得Class对象通常有如下三种方法

1.使用Class类的forName（String clazzName）静态方法，该方法需要传入字符串参数，该字符串参数的值时某一个类的全限定类名

2.调用某一个类的class属性来获取该类对应的Class对象

3.调用某一个对象的getClass（）方法 该方法是Object类里的一个方法

 

第一种方法和第二种方法都是直接通过类来获取Class对象，相比之下第二种有两种如下优势

1. 代码更安全，程序在编译阶段就可以检查需要访问的Class对象是否存在

2. 程序性能更好，这种方法无需调用方法

18.3.2 从Class中获取信息

Class类提供了大量的实例方法来获取该Class对象对应的详细信息

上面的多个getMethod()方法和getConstructor()方法中，都需要传入福多个类型为Class<?>这是因为 需要通过方法名和形参列表来确认，

 

18.3.3 java 8 新增的方法参数反射

在java 8 在java.lang.reflect包下新增了一个Executable抽象基类，该对象代表可执行的类成员，该类派生了Constructor 、Method 两个子类

 

18.4 使用反射生成并操作对象

Class对象可以获得类里的方法、构造器、成员变量、这三个类都是位于java.lang.reflect包下，并实现了java.lang.reflect.Member接口 程序可以通过Method对象在执行对应的方法

18.4.1 创建对象

通过反射生成对象有如下两种方法

1. 使用Class对象的newInstance()方法来创建该Class对象类的实例（要求改类有默认构造器）执行newInstance()方法时实际上是厉害默认构造器

先使用Class对象获取指定的Constructor对象，在调用Constructor对象的对象的newInstance()方法来创建该Class对应的实例

18.4.2 调用方法

当获得某一个类对应的Class对象后，就可以通过该Class对象的getMethods()方法或者getMethod()或的所有方法或者指定方法，

每一个Method对象对应一个方法，获得Method对象后，程序就可以通过Method来调用它对应的方法

 

18.4.3  访问成员变量的值

通过Class对象的getField()或者getFields()可以获取类所包含的全部成员变量或指定成员变量

Filed提供了如下两组方法来读取或设置成员变量值

1. getXxx(Object obj ) 获取obj对象的该成员变量的值，此处的Xxx对应8种基本类型，如果是引用类型去掉Xxx

2. SetXxx(Object obj ,Xxx val) 将obj成员变量设置为val

 

18.4.4 操作数组

java .lang.reflect包下还提供了Array类，Array对象可以代表所有的数组，程序可以通过用Array来动态的创建数据，操作数据元素等

 

18.5 使用反射生成JDK动态代理

java.lang.reflect包下提供了Proxy类和InvovationHandler接口，通过使用这个类和接口可以生成JDK动态代理类或动态代理对象

18.5.1 使用Proxy类和InvovationHandler接口创建动态代理

Proxy提供了创建动态代理类和代理对象的静态方法，它也是所用动态代理类的父类，如果爱在程序中一个或多个接口动态的生成类，就可以使用Proxy来创建动态代理类，如果需要为一个或多个动态接口动态创建实例，也可以使用Proxy来创建动态的实例

 

系统每生成一个代理类，都会有一个与之关联的InvocationHandler对象