Java反射02

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

2. 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
        }
    }
}

2.3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
        
    }
}

2.4哪些类型有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
    }
}

2.5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）

2.6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

2.6.1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，并生成一个代表该类的java.lang.Class对象

2.6.2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

3. 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

2.6.3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;
}

2.6.4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

2.6.5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。