day43-反射02

乎语百科 305 0

2.Class类

2.1基本介绍

  1. Class类也是类,因此也继承Object类

  2. Class类对象不是new出来的,而是系统创建的

  3. 对于某个类的Class类对象,在内存中只有一份,因为类只加载一次

  4. 每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例所生成

  5. 通过Class对象可以得到一个类的完整结构(通过一系列API)

  6. Class对象是存放在堆的

  7. 类的字节码二进制数据,是放在方法区的,有的地方称为类的元数据(包括 方法代码,变量名,方法名,访问权限等)

    当我们加载完类之后,除了会在堆里生成一个Class类对象,还会在方法区生成一个类的字节码二进制数据(元数据)

例子:

package li.reflection.class_;

import li.reflection.Cat;

//对Class类的特点的梳理
public class Class01 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        //1.Class类对象不是new出来的,而是系统创建的
        //1.1.传统的 new对象
        /**通过ClassLoader类中的loadClass方法:
         *  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
         *         return loadClass(name, false);
         *  }
         */
         //Cat cat = new Cat();

        //1.2反射的方式
        /**在这里debug,需要先将上面的Cat cat = new Cat();注释掉,因为同一个类只加载一次,否则看不到loadClass方法
         * (这里也验证了:3.对于某个类的Class类对象,在内存中只有一份,因为类只加载一次)
         * 仍然是通过 ClassLoader类的loadClass方法加载 Cat类的 Class对象
         *  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
         *         return loadClass(name, false);
         *     }
         */
        Class cls1 = Class.forName("li.reflection.Cat");

        //2.对于某个类的Class类对象,在内存中只有一份,因为类只加载一次
        Class cls2 = Class.forName("li.reflection.Cat");
        //这里输出的hashCode是相同的,说明cls1和cls2是同一个Class类对象
        System.out.println(cls1.hashCode());//1554874502
        System.out.println(cls2.hashCode());//1554874502
    }
}

Class类对象不是new出来的,而是系统创建的:

  1. Cat cat = new Cat();处打上断点,点击force step into,可以看到

  1. 注释Cat cat = new Cat();,在Class cls1 = Class.forName("li.reflection.Cat");处打上断点,可以看到 仍然是通过 ClassLoader类加载 Cat类的 Class对象

2.2Class类常用方法

public static Class<?> forName(String className)//传入完整的“包.类”名称实例化Class对象
public Constructor[] getContructors() //得到一个类的全部的构造方法
public Field[] getDeclaredFields()//得到本类中单独定义的全部属性
public Field[] getFields()//得到本类继承而来的全部属性
public Method[] getMethods()//得到一个类的全部方法
public Method getMethod(String name,Class..parameterType)//返回一个Method对象,并设置一个方法中的所有参数类型
public Class[] getInterfaces() //得到一个类中锁实现的全部接口
public String getName() //得到一个类完整的“包.类”名称
public Package getPackage() //得到一个类的包

public Class getSuperclass() //得到一个类的父类
public Object newInstance() //根据Class定义的类实例化对象
public Class<?> getComponentType() //返回表示数组类型的Class
public boolean isArray() //判断此class是否是一个数组

应用实例

Car:

package li.reflection;

public class Car {
    public String brand = "宝马";
    public int price = 500000;
    public String color ="白色";

    @Override
    public String toString() {
        return "Car{" +
                "brand='" + brand + '\'' +
                ", price=" + price +
                ", color='" + color + '\'' +
                '}';
    }
}

Class02:

package li.reflection.class_;

import li.reflection.Car;

import java.lang.reflect.Field;

//演示Class类的常用方法
public class Class02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException {
        String classAllPath = "li.reflection.Car";

        //1.获取到 Car类 对应的 Class对象
        //<?>表示不确定的Java类型
        Class<?> cls = Class.forName(classAllPath);

        //2.输出cls
        System.out.println(cls);//将会显示cls对象是哪个类的Class对象  class li.reflection.Car
        System.out.println(cls.getClass());//输出cls的运行类型 class java.lang.Class

        //3.得到包名
        System.out.println(cls.getPackage().getName());//li.reflection :Class对象对应的类是在哪个包下面

        //4.得到全类的名称
        System.out.println(cls.getName());//li.reflection.Car

        //5.通过cls创建一个对象实例
        Car car = (Car)cls.newInstance();
        System.out.println(car);//调用car.toString()

        //6.通过反射获得属性 如:brand
        Field brand = cls.getField("brand");
        System.out.println(brand.get(car));//宝马

        //7.通过反射给属性设置值
        brand.set(car,"奔驰");
        System.out.println(brand.get(car));//奔驰

        //8.遍历得到所有的属性(字段)
        Field[] fields = cls.getFields();
        for (Field f:fields) {
            System.out.println(f.getName());//依次输出各个属性字段的名称
        }
    }
}

3.获取Class类对象的各种方式

  1. 前提:已经知道一个类的全类名,且该类在类路径下,可通过Class类的静态方法forName()获取,可能抛出ClassNotFoundException

    实例:Class cls1 = Class.forName("java.lang.Cat");

    应用场景:多用于配置文件,读取类全路径,加载类

  2. 前提:若已知具体的类,通过 类.class 获取,该方式最为安全可靠,程序性能最高

    实例:Class cls2 = Cat.class;

    应用场景:多用于参数传递,比如通过反射得到对应构造器对象

  3. 前提:已某个类的实例,调用该实例的getClass()方法获取Class对象

    实例:Class cls3 = 对象.getClass();//运行类型

    应用场景:通过创建好的对象,获取Class对象

  4. 其他方式

    ClassLoader cl = 对象.getClass().getClassLoad();

    Class cls4 = cl.loadClass("类的全类名");

  5. 基本数据类型byte,short,int,long,double,float,boolean.char, 按如下方式得到Class类对象

    Class cls = 基本数据类型.class

  6. 基本数据类型对应的包装类,可以通过.TYPE得到Class类对象

    Class cls = 包装类.TYPE

例子:

package li.reflection.class_;

import li.reflection.Car;

//演示得到Class对象的各种方式
public class getClass_ {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        //1.Class.forName
        String classAllPath = "li.reflection.Car";//这里一般是通过配置文件获取全路径
        Class cls1 = Class.forName(classAllPath);
        System.out.println(cls1);//class li.reflection.Car

        //2.类名.class ,多用于参数传递
        Class cls2 = Car.class;
        System.out.println(Car.class);//class li.reflection.Car

        //3.对象.getClass() ,应用场景,有对象实例
        Car car = new Car();
        Class cls3 = car.getClass();
        System.out.println(cls3);//class li.reflection.Car

        //4.通过类加载器(4种)来获取到类的 Class对象
        //(1)先得到car对象的类加载器(每个对象都有一个类加载器)
        ClassLoader classLoader = car.getClass().getClassLoader();
        //(2)通过类加载器得到Class对象
        Class cls4 = classLoader.loadClass(classAllPath);
        System.out.println(cls4);//class li.reflection.Car

        //cls1,cls2,cls3,cls4其实是同一个Class对象
        System.out.println(cls1.hashCode());//1554874502
        System.out.println(cls2.hashCode());//1554874502
        System.out.println(cls3.hashCode());//1554874502
        System.out.println(cls4.hashCode());//1554874502

        //5.基本数据类型按如下方式得到Class类对象
        Class<Integer> integerClass = int.class;
        Class<Character> characterClass = char.class;
        Class<Boolean> booleanClass = boolean.class;
        System.out.println(integerClass);//int
        System.out.println(characterClass);//char
        System.out.println(booleanClass);//boolean

        //6.基本数据类型对应的8种包装类,可以通过 .TYPE得到Class类对象
        Class<Integer> type1 = Integer.TYPE;
        Class<Character> type2 = Character.TYPE;
        System.out.println(type1);

        System.out.println(integerClass.hashCode());//1846274136
        System.out.println(type1.hashCode());//1846274136

    }
}

4.哪些类有Class对象

  1. 外部类,成员内部类,静态内部类,局部内部类,匿名内部类
  2. interface:接口
  3. 数组
  4. enum:枚举
  5. annotation:注解
  6. 基本数据类型
  7. void

例子:

package li.reflection.class_;

import java.io.Serializable;

//演示哪些类有Class对象
public class allTypeClass {
    public static void main(String[] args) {

        Class<String> cls1 = String.class;//外部类
        Class<Serializable> cls2 = Serializable.class;//接口
        Class<Integer[]> cls3 = Integer[].class;//数组
        Class<float[][]> cls4 = float[][].class;//二维数组
        Class<Deprecated> cls5 = Deprecated.class;//注解
        //Thread类中的枚举State--用来表示线程状态
        Class<Thread.State> cls6 = Thread.State.class;//枚举
        Class<Long> cls7 = long.class;//基本数据类型
        Class<Void> cls8 = void.class;//void类型
        Class<Class> cls9 = Class.class;//Class类也有

        System.out.println(cls1);//class java.lang.String
        System.out.println(cls2);//interface java.io.Serializable
        System.out.println(cls3);//class [Ljava.lang.Integer;
        System.out.println(cls4);//class [[F
        System.out.println(cls5);//interface java.lang.Deprecated
        System.out.println(cls6);//class java.lang.Thread$State
        System.out.println(cls7);//long
        System.out.println(cls8);//void
        System.out.println(cls9);//class java.lang.Class
    }
}

5.类加载

  • 基本说明:

    反射机制是java实现动态语言的关键,也就是通过反射实现类动态加载

    1. 静态加载:编译时加载相关的类,如果没有则报错,依赖性太强

      静态加载的类,即使没有用到也会加载,并且进行语法的校验

    2. 动态加载:运行时加载相关的类,如果运行时不用该类,即使不存在该类,也不会报错,降低了依赖性

  • 类加载的时机:

    1. 当创建对象时(new)//静态加载
    2. 当子类被加载时 //静态加载
    3. 调用类中的静态成员时 //静态加载
    4. 通过反射 //动态加载

例子:静态加载和动态加载

import java.lang.reflect.*;
import java.util.*;

public class classLoad_ {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入key");
        String key = scanner.next();
        switch (key) {
            case "1":
                Dog dog = new Dog();//静态加载,依赖性很强
                dog.cry();
                break;
            case "2":
                //反射 -->动态加载
                Class cls = Class.forName("Person"); //加载Person[动态加载]
                Object o = cls.newInstance();
                Method m = cls.getMethod("hi");
                m.invoke(o);
                System.out.println("ok");
                break;
            default:
                System.out.println("do nothing...");
        }
    }
}

//因为new Dog()是静态加载,因此必须编写Dog
//Person类是动态加载,所以即使没有编写Person类也不会报错,只有当动态加载该类时,(有问题)才会报错
class Dog{
    public void cry(){
        System.out.println("小狗在哭泣..");
    }
}

在没有编写Dog类时,即使在switch选择中,不一定会运行到new dog对象的case1,但是程序仍然报错了,因为静态加载的类,即使没有用到,也会加载,并且进行语法的校验

在编写了Dog类对象后,可以看到编译通过:

运行程序:可以看到,即使没有编写Person类,但是运行时没有用到,就不会报错

使用到Person类,报错:(运行时加载)

6.类的加载过程

  • 类加载过程图

  • 类加载各阶段完成的任务

    • 加载阶段:将类的class文件读入内存,并为之创建一个java.lang.Class对象。此过程由类加载器完成。
    • 连接阶段:将类的二进制数据合并到jre中
    • 初始化阶段:JVM负责对类进行初始化,这里主要是指静态成员

6.1.1加载阶段

JVM 在该阶段的主要目的是,将字节码从不同的数据源(可能是class文件,也可能是jar包,甚至网络)转化为二进制字节流加载到内存中,并声称一个代表该类的java.lang.Class对象

6.1.2连接阶段-验证

  1. 目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全
  2. 包括:文件格式验证(是否以 魔数 oxcafebabe开头)、元数据验证、字节码验证和符号引用验证

  1. 可以考虑使用 -Xverify:none 参数关闭大部分的类验证措施,缩短虚拟机类加载的时间

6.1.3连接阶段-准备

JVM会在该阶段对静态变量,分配内存并默认初始化(对应的数据类型的默认初始值,如0,0L,null,false等)。这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配

例如:

package li.reflection.classload_;

//我们说明一个类加载的链接阶段-准备
public class ClassLoad02 {
    public static void main(String[] args) {

    }
}

class A {
    //属性-成员变量-字段
    //一个类加载的链接阶段中的准备阶段 属性是如何处理的
    //1. n1 是实例变量,不是静态变量,因此在准备阶段,是不会分配内存的
    //2. n2 是静态变量,分配内存 n2,且默认初始化为 0,而不是20
    //3. n3 是static final,是常量,它和静态变量不一样,因为一旦赋值就不变,n3 = 30
    public int n1 = 10;
    public static int n2 = 20;
    public static final int n3 = 30;
}

6.1.4连接阶段-解析

虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接应用的过程

个人理解 java虚拟机中的符号引用和直接引用_maerdym的博客-CSDN博客

6.1.5初始化阶段

  1. 到初始化阶段,才真正开始执行类中定义的Java程序代码,此阶段是执行<clinit>()方法的过程
  2. <clinit>()方法是 由编译器按语句在源文件中出现的顺序,依次自动收集类中的 所有静态变量 的赋值动作 和 静态代码块中的语句,并进行合并。-->例子1
  3. 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步,如果多线程同时去初始化一个类,那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法,其他线程都需要阻塞等待,直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。

例子1:演示类加载的初始化阶段

package li.reflection.classload_;

//演示类加载的初始化阶段
public class ClassLoad03 {
    public static void main(String[] args) {
        //分析:
        /**
         * 1.加载B类,并生成 B的Class对象
         * 2.链接 :将num默认初始化为 0
         * 3.初始化阶段:
         *    3.1依次 自动收集类中的 所有静态变量的赋值动作 和 静态代码块中的语句,并合并
         *      收集:
         *      clinit(){
         *          System.out.println("B的静态代码块被执行");
         *          num = 300;
         *          num = 100;
         *      }
         *      合并:num =100;
         */

        //直接使用类的静态属性也会导致类的加载
        System.out.println(B.num);//100

    }
}

class B {
    static {
        System.out.println("B的静态代码块被执行");
        num = 300;
    }

    static int num = 100;

    public B() {
        System.out.println("B的构造器被执行");
    }
}

例子2:

在例子1中的程序里创建一个B类对象,打上断点,debug源码:

可以看到在底层中,使用了对象锁synchronized (getClassLoadingLock(name)) :

也就是说,加载类的时候,是有类的同步控制机制。

正因为有这个机制,才能保证某个类在内存中,只有一份Class对象。

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