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  • Java基础:反射学习笔记

    反射

    类的加载

    当程序主动使用某个类时,如果该类还没有被加载到内存中,则系统会通过加载、连接、初始化这三个步骤对该类进行初始化。有时会把这一整个流程统称为类加载或类初始化。类加载指的是将类的class文件读入内存中,并为之创建一个 java.lang.Class对象,也就是说程序使用任何类的时候,都会为其创建一个class对象。

    类的连接

    类被加载之后,系统会为之生成一个Class对象,接着会进入连接阶段,连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中。类的连接又分为下面三个阶段:

    验证:确保被加载类的正确性

    准备:负责为类的静态成员分配内存,并设置默认初始化值

    解析:将类中的符号引用替换为直接引用

    类的初始化

    初始化阶段的重要工作是执行类的初始化方法,方法是由编译器自动生成,主要是对静态Field进行初始化(赋值和静态代码块)。

    JVM初始化一个类包含如下几个步骤:

    1. 假如这个类还没有被加载和连接,则程序先加载并连接该类。
    2. 假如该类的父类还没有被初始化,则先初始化其父类。
    3. 假如类中有初始化语句(静态),则系统依次执行这些初始化语句。

    由第二条可以推出,JVM最先初始化的总是java.lang.Object类。

    注意:

    1. 调用类中的final常量(值在编译时可以确定),不会引起该类初始化(即使是static),因为它在编译其实是连接阶段被赋值,会被当成“宏变量”处理,使用常量时,常量会被不加思考替换成赋的值,所以无需初始化类。就是说在A类中 static final String a = "hello"; 则A.a不引起初始化,而当static final String a = System.currentTimeMills() + ""; (编译时确定不了),则A.a会引起A类的初始化。
    2. 当使用ClassLoader的loadClass()方法来加载某个类时,该方法只是加载该类,应不会执行类的初始化
    3. 使用Class的forName()静态方法才会导致强制初始化该类。
    4. clinit方法只会执行一次

    类加载器

    类加载器

    类加载器负责将.class文件加载到内存中,并为之生成对应的Class对象。类加载器负责加载所有的类,系统为所有加载到内存中的类生成一个java.lang.Class 的实例。

    类加载器的组成:Bootstrap ClassLoader 根类加载器 : 也被称为引导类加载器,负责Java核心类的加载,比如System类,在JDK中JRE的lib目录下rt.jar文件中的类Extension ClassLoader 扩展类加载器 : 负责JRE的扩展目录中jar包的加载,在JDK中JRE的lib目录下ext目录System ClassLoader 系统类加载器 : 负责在JVM启动时加载来自java命令的class文件,以及classpath环境变量所指定的jar包和类路径,主要是我们开发者自己写的类

    反射

    Java反射就是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意方法和属性;并且能改变它的属性。反射机制允许程序在运行时取得任何一个已知名称的class的内部信息,包括包括其modifiers(修饰符),fields(属性),methods(方法)等,并可于运行时改变fields内容或调用methods。那么我们便可以更灵活的编写代码,代码可以在运行时装配,无需在组件之间进行源代码链接,降低代码的耦合度;还有动态代理的实现等等。

    Class对象

    Java文件被编译后,生成了.class文件,JVM此时就要去解读.class文件。当程序主动去使用某个类时,JVM会通过前面提到的三个步骤:加载、连接和初始化三个步骤对类进行初始化。被编译后的Java文件.class也被JVM解析为一个对象,这个对象就是java.lang.Class。这样当程序在运行时,每个java文件就最终变成了Class类对象的一个实例。我们通过Java的反射机制应用到这个实例,就可以去获得甚至去添加改变这个类的属性和动作,使得这个类成为一个动态的类。Class类的概念尽管很抽象,但是无疑,它是反射机制的起源,是Java语言中一个精巧美妙地设计。下面是翻译后的中文文档的描述:Class类的实例表示正在运行的Java应用程序的类和接口。枚举是一种类,注释(注解)是一种接口。每个数组属于被映射为Class对象的一个类,所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该Class对象。基本的Java类型(boolean、byte、char、short、int、long、float 和 double)和关键字 void 也表示为 Class 对象。Class没有公用构造方法。Class对象是在加载类时由JVM以及通过调用类加载器中的defineClass方法自动构造的。

    Java反射机制的类库支持

    在深入到反射机制之前,先探析一下反射机制的定义和应用。反射机制定义:Java反射机制是在运行状态时,对于任意一个类,都能够直到这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法和属性。在Java中,Class类和java.lang.reflect类库一起构成了对Java反射机制的支持。其中最常使用到的类是ConstructorFieldMethod,而这三个类都继承了一个接口java.lang.reflect.Member

    反射的基本实现

    实验类

    /**
     * 实验类
     */
    public class Cat {
        private String name = "";private String master = "";
        private int age = 0;
        public Cat(){
            
        }
        private Cat(String name, String master){
            
        }
        public Cat(String name, String master, int age){
            
        }
        public void eat(){
            System.out.println("小鱼干真好吃~"); 
        }
        private void play(){ 
            System.out.println("快来陪我玩~"); 
        }
        @Override
        public String toString(){
            return"Cat [name=" + name + ", master=" + master + ", age=" + age + "]"; 
        }
    }
    

    获取Class对象的三种方法

    1. 通过类名获取:Class c1 = Student.class; 调用某各类的class属性来获取Class对象。
    2. 通过对象获取:Class c2 = stu.getClass(); 通过getClass方法,该方法是Object类下的一个方法。
    3. 通过全类名获取:Class c3 = Class.forName("全限定类名"); 会有一个ClassNotFoundException异常
    public class ReflectDemo01 {
        public static void main(String[] args) throws Exception{
            Cat c = new Cat(); Class cat1 = Class.forName("algorithms.sort.Cat");
            Class cat2 = Cat.class; Class cat3 = c.getClass(); System.out.print(cat1 == cat2);
            System.out.print(cat2 == cat3);
        }
    }//输出结果truetrue
    

    获取构造器

    public class ReflectDemo02 {
        public static void main(String[] args) throws Exception{
            Class cat = Cat.class;
            //获取所有公共构造方法
            Constructor cons[] = cat.getConstructors();
            for (Constructor con : cons) {
                System.out.println("getConstructors-----------" + con);
            }
            System.out.println("**************************************");
            //获取所有构造方法
            Constructor<?> cons2[] = cat.getDeclaredConstructors();
            for (Constructor<?> con2 : cons2) {
                System.out.println("getDeclaredConstructors---" + con2);
            }
        }
    }/*输出结果
    getConstructors-----------public algorithms.sort.Cat(java.lang.String,java.lang.String,int)
    getConstructors-----------public algorithms.sort.Cat()
    **************************************
    getDeclaredConstructors---public algorithms.sort.Cat(java.lang.String,java.lang.String,int)
    getDeclaredConstructors---private algorithms.sort.Cat(java.lang.String,java.lang.String)
    getDeclaredConstructors---public algorithms.sort.Cat()*/
    
    

    获取成员变量

    public class ReflectDemo03 {
        public static void main(String[] args) throws Exception{
            Class cat = Cat.class;
            //获取构造器
            Constructor<?> cons = cat.getConstructor(String.class,String.class,int.class);
            //实例化对象
            Cat cat1 = (Cat)cons.newInstance("tom","denny",5);
            System.out.println(cat1);
            System.out.println("****************");
            Field fields = cat.getDeclaredField("name");
            //打开访问权限限制
            fields.setAccessible(true); fields.set(cat1, "jack");
            System.out.println(cat1);
        }
    }/*输出结果
    Cat [name=tom, master=denny, age=5]
    ****************
    Cat [name=jack, master=denny, age=5]*/
    

    获取成员方法

    public class ReflectDemo04 {
        public static void main(String[] args) throws Exception{
            Class cat = Cat.class;
            //获取构造器
            Constructor<?> cons = cat.getConstructor(String.class, String.class, int.class);
            //实例化对象
            Cat cat1 = (Cat) cons.newInstance("tom", "denny", 5);
            System.out.println(cat1); System.out.println("****************");
            //获取私有和公共成员方法
            Method method1 = cat.getDeclaredMethod("setName", String.class);
            Method method2 = cat.getDeclaredMethod("eat"); method1.setAccessible(true);
            method1.invoke(cat1, "petter");
            System.out.println(cat1);
            method2.invoke(cat1);
        }
    }/*输出结果
    Cat [name=tom, master=denny, age=5]
    ****************
    Cat [name=petter, master=denny, age=5]小鱼干真好吃~*/
    

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