Java读书笔记(6)-类的加载机制与反射

ch18 类加载机制与反射

1. 类的加载，连接和初始化

   系统可能在第一次使用某个类时加载该类，也可能采用预加载机制来加载某个类

   • JVM和类

     • 一个Java程序就是一个Java虚拟机进程

     • 两个JVM之间数据独立，所以一个类的静态属性并不会跨虚拟机进程共享

   • 类的加载

     • 加载->连接->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，当程序中使用任何类时，系统都将为之建立一个java.lang.Class对象

     • 系统中的所有类实际上也是实例，它们都是java.lang.Class的实例

     • 类的加载由类加载器完成，类加载器通常由JVM提供，JVM提供的这些类加载器通常被称为系统类加载器。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

     • 类的来源：

       1. 本地文件系统class

       2. JAR包

       3. 网络

       4. 动态编译Java文件

   • 类的连接

     • 验证->准备->解析

• 类的初始化

  • 在类的初始化阶段，虚拟机负责对类进行初始化，主要就是对静态Field进行初始化

• Java初始化静态Field：声明时指定初始值或使用静态初始化块

• JVM初始化一个类的步骤：

  1. 如未加载和连接，则加载并连接该类

  2. 如其直接父类未初始化，则先初始化其直接父类

  3. 如有初始化语句，则依次执行这些初始化语句

　　　　　　当执行步骤2时，系统对直接父类的初始化步骤也遵循此步骤1～3，依次迭代直到java.lang.Object类。当程序主动

　　　　　　使用任何一个类时，系统会保证该类以及所有父类(包括直接父类和间接父类)都被初始化

• 类初始化的时机

  • 当Java程序首次通过下面6种方式使用某个类或者接口时，系统就会初始化该类或接口：

    1. 创建类的实例 (new，反射，反序列化)

    2. 调用某个类的静态方法

    3. 访问(读写)某个类或接口的静态Field

    4. 使用反射方式强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象，如Class.forName(“Person”)

    5. 初始化某个类的子类

    6. 直接使用java.exe运行某个主类

  • final型静态Field在编译时就能定下来，故不会触发类初始化行为

  • 当使用ClassLoader类的loadClass()方法来加载某个类时，该方法只是加载该类，并不会执行该类的初始化。

  • 使用Class的forName()静态方法才会导致强制初始化该类

1. 类加载器

   负责将.class文件加载到内存中，并为之生成对应的java.lang.Class对象

   • 类加载器简介

     • 在JVM中，一个类用其全限定类名和其类加载器作为其唯一标识

     • JVM启动时，会形成由3个类加载器组成的初始类加载器层次结构

       1. Bootstrap ClassLoader：根类加载器(引导类加载器，负责加载Java的核心类)

       2. Extension ClassLoader：扩展类加载器

       3. System ClassLoader：系统类加载器(在JVM启动时加载来自java命令的-classpath选项，java.class.path

       4. 系统属性或者CLASSPATH环境变量所指定的JAR包和类路径。程序都可以通过ClassLoader的静态方法getSystemClassLoader()获取系统类加载器)

   • 类加载机制

     • 类型：全盘负责，父类委托，缓存机制

     • 层级关系：用户类加载器->系统类加载器->扩展类加载器->根类加载器

     • getParent()方法

     • 根类加载器不是由Java实现的

     • 系统类加载器是AppClassLoader的实例，扩展类加载器是ExtClassLoader的实例，这两个类都是URLClassLoader的实例

     • 类加载class的8个步骤

   • 创建并使用自定义的类加载器

     • JVM中除了根类加载器之外的所有类加载器都是ClassLoader子类的实例

     • 通过扩展ClassLoader子类，重写包含的方法可以实现自定义类加载器

     • 两个关键方法：

       1. loadClass(String name,boolean resolve)

       2. findClass(String name)

     • 推荐重写findClass()方法，而不是loadClass()方法

     • loadClass()执行步骤：

       1. 用findLoadedClass(String)来检查是否已经加载类，如果已经加载则返回；

       2. 在父类加载器上调用loadClass()方法。如果父类加载器为null，则使用根类加载器来加载；

       3. 调用findClass(String)方法查找类。

     • 核心方法Class defineClass(String name,byte[] b,int off,int len)，该方法负责将指定类的字节码文件(class文件)读入字节数组byte[] b内，并把它转换为Class对象

   • URLClassLoader类

     • 两个构造器创建ClassLoader对象

     • 通过loadClass()方法可以加载指定类

     • 应用：从文件系统加载MySQL驱动，并使用该驱动来获取数据库连接、

2. 通过反射查看类信息

   • 获取Class对象

     • 三种方式：

       1. Class.forName(String)，传入包含完整包名的全限定类名称

       2. 调用某个类的class属性来获取该类对应的Class对象

       3. 调用某个对象的getClass()方法

   • 从Class中获取信息

     • 构造器

     • Field

     • 方法

     • Annotation

3. 使用反射生成并操作对象

   • 创建对象

     • 使用Class对象的newInstance()方法来创建该Class对象对应类的实例，要求该Class对象的对应类有默认构造器

     • 使用Class对象获取指定的Constructor对象，再调用Constuctor对象的newInstance()方法来创建该Class对象对应的实例。通过这种方式可以选择使用指定的构造器来创建实例

     • 在很多JavaEE框架中都需要根据配置文件信息来创建Java对象，从配置文件读取的只是某个类的字符串类名，程序需要根据该字符串来创建对应的实例，就必须使用反射

   • 调用方法

     • geMethods()方法或者getMethod()方法获取全部方法或者指定方法——分别返回Method对象数组或者Method对象

     • 获得Method对象后，就可通过该Method的invoke(Object obj,Object...args)调用相应的方法，obj是执行该方法的主调，后面的args是执行该方法时传入该方法的实参

     • 权限问题：setAccessible(boolean flag)，实现通过反射来调用private方法，private构造器和访问private属性

   • 访问属性值

     • 通过Class对象的getFields()或getField()方法可以获取该类所包括的全部Field或指定Field

   • 操作数组

     • java.lang.reflect包下还提供了一个Array类，Array对象可以代表所有的数组。程序可以通过Array来动态创建数组，操作数组元素等

     • Object arr=Array.newInstance(String.class,10)

4. 使用反射生成JDK动态代理

   • 使用Proxy和InvocationHandler创建动态代理

     • Proxy提供了用于创建动态代理类和代理对象的静态方法，它也是所有动态代理类的父类。如果在程序中为一个或多个接口动态的生成实现类。就可以使用Proxy来创建动态代理类；如果需要为一个或多个接口动态地创建实例，也可以使用Proxy来创建动态代理实例。

     • 系统生成的每个代理对象都有一个与之关联的InvocationHandler对象，定义一个InvocationHandler实现类需要重写invoke()方法——调用代理对象的所有方法时都会被替换成调用该invoke()方法，Object invoke(Object proxy,Method method,Object[] args)

   • 动态代理和AOP

     • JDK动态代理只能为接口创建动态代理

     • 采用动态代理可以非常灵活的实现解耦，通常都是为指定的目标对象生成动态代理

     • 这种动态代理在AOP(Aspect Orient Programming)中被称为AOP代理，AOP代理包含目标对象的全部方法，可以替代目标对象。但是二者存在差异：AOP代理里的方法可以在执行目标方法前后插入一些通用处理

5. 反射和泛型

   • 泛型和Class类

     • 使用Class<T>泛型可以避免强制类型转换

     • 对象工厂

   • 使用反射来获取泛型信息

     • 通过指定类对应的Class对象，可以获得类中的所有Field及其类型:

       Class<?> a=f.getType()//普通类型

     • 获取泛型类型：Type gType=f.getGenericType()

     • ParameterizedType对象

       1. getRawType()：返回没有泛型信息的原始类型

       2. getActualTypeArguments()：返回泛型参数的类型