第18章类加载和反射

文章目录

类的加载、连接和初始化

类的加载
类的连接
类的初始化
类初始化的时机

类加载器
通过反射查看类的信息

获取 Class 对象

通过反射生成并操作对象

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，也可能采用预先加载机制来预加载某个类。

类的加载

类的加载指的是类的 class 文件读入内存，并为之创建一个 java.lang.Class 对象，也就是说当程序中使用任何类时，系统都会为之建立一个 java.lang.Class 对象。类的加载是由类加载器完成的，类加载器通常由 JVM 提供。
通过使用不同的类加载器，可以从不同来源加载类的二进制数据：

从本地文件系统来加载 class 文件
从 JAR 包中加载 class 文件
通过网络加载 class 文件
把一个 Java 源文件动态编译、并执行加载

类的连接

当类被加载之后，系统为之生成一个对应的 Class 对象，接着将会进入连接阶段，连接阶段将会负责把类的二进制数据合并到 JRE 中。类连接又可分为如下三个阶段：

验证：验证阶段用于检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致
准备：类准备阶段负责为类的静态属性分配内存，并设置默认初始值
解析：将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用

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，主要就是对静态属性进行初始化。在 Java 类中对静态属性指定初始值有两种方式：（1）声明静态属性时指定初始值；（2）使用静态初始化块为静态属性指定初始值。

public class Test{
    //声明a变量时指定初始值
    static int a = 5;
    static int b;
    static int c;
}
static{
    //使用静态初始化块为b变量指定初始值
    b = 6；
}

静态属性 c 没有指定初始值，它将采用默认初始值 0。

JVM 初始化一个类包括如下几个步骤：

加入这个类还没有被加载和连接，程序先加载并连接该类
加入该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类
加入类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句
当执行到第二步时，系统对直接父类的初始化也遵循上面的三个步骤，如果该直接父类又有直接父类，系统将再次重复这三个步骤来初始化这个父类…。所以，JVM 最先初始化的总是 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其所有的父类都会被初始化。

类初始化的时机

当 Java 程序首次通过下面 6 种方式来使用某个类或接口时，系统会初始化该类或接口：

创建类的实例。为某个类创建实例的方式包括使用 new 操作符来创建实例，通过反射来创建实例，通过反序列化的方式来创建实例。
调用某个类的静态方法。
访问某个类或接口的静态属性，或为该静态属性赋值。
使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的 java.lang.Class 对象。
初始化某个类的子类。当初始化某个类的子类时，该子类的所有父类都会被初始化。
直接使用 java.exe 命令来运行某个主类，当运行某个主类时，程序会先初始化该主类。
下面几种情形需要特别指出：
对于一个 final 型的静态属性，如果该属性在编译时就可以得到属性值，则可认为该属性可被当成编译时常量。当程序使用编译时常量时，系统会认为这是对该类的被动使用，所以不会导致该类的初始化。

class Tester{
    static{
        System.out.println("Tester类的静态初始化块...");
    }
}

public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException{
        ClassLoader c1 = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        //下面语句仅仅是加载Tester类
        c1.loadClass("Tester");
        //下面语句才会初始化Tester类
        Class.forName("Tester");
    }
}

类加载器

通过反射查看类的信息

Java 程序种许多对象在运行时会出现两种类型：编译时类型和运行时类型，例如：Person p = new Student();，这行代码将会生成一个 p 变量，该变量的编译类型为 Person，运行时类型为 Student。除此之外，还有程序在运行时接收外部传入的一个对象，该对象的编译类型是 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是信息，有两种做法：

假设在编译和运行时完全直到类型的具体信息，我们可以利用 instanceof 运算符进行判断，再利用强制类型转换将其转换为运行时变量。
第二种是编译时根本无法预知该对象和类可能属于哪些类，程序只能依靠运行时信息来发现该类和对象的真实信息，这就必须使用反射。

获取 Class 对象

Java 程序中获取 Class 对象的三种方法：

使用 Class 类的 forName() 静态方法。该方法需要传入字符串参数，参数值是某个类的全限定名。
调用某个类的 class 属性来获取该类的 Class 对象。例如 Person.class 将会返回 Person 类对应的 Class 对象。
调用某个对象的 getClass() 方法，该方法是 java.lang.Object 类中的一个方法，该方法将会返回该对象所属类对应的 Class 对象。