一、类加载器

1.1 类加载

  • 类加载的描述

    • 当程序要使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则系统会通过类的加载,类的连接,类的初始化这三个步骤来对类进行初始化。如果不出现意外情况,JVM将会连续完成这三个步骤,所以有时也把这三个步骤统称为类加载或者类初始化

  • 类的加载

    • 就是指将class文件读入内存,并为之创建一个 java.lang.Class 对象

    • 任何类被使用时,系统都会为之建立一个 java.lang.Class 对象

  • 类的连接

    • 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

    • 准备阶段:负责为类的类变量分配内存,并设置默认初始化值

    • 解析阶段:将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用

  • 类的初始化

    • 在该阶段,主要就是对类变量进行初始化

  • 类的初始化步骤

    • 假如类还未被加载和连接,则程序先加载并连接该类

    • 假如该类的直接父类还未被初始化,则先初始化其直接父类

    • 假如类中有初始化语句,则系统依次执行这些初始化语句

    • 注意:在执行第2个步骤的时候,系统对直接父类的初始化步骤也遵循初始化步骤1-3

  • 类的初始化时机

    • 创建类的实例

    • 调用类的类方法

    • 访问类或者接口的类变量,或者为该类变量赋值

    • 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

    • 直接使用java.exe命令来运行某个主类

1.2 类加载器

1.2.1 类加载器的作用

  • 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。虽然我们不用过分关心类加载机制,但是了解这个机制我们就能更好的理解程序的运行!

1.2.2 JVM的类加载机制

  • 全盘负责:就是当一个类加载器负责加载某个Class时,该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入,除非显示使用另外一个类加载器来载入

  • 父类委托:就是当一个类加载器负责加载某个Class时,先让父类加载器试图加载该Class,只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类

  • 缓存机制:保证所有加载过的Class都会被缓存,当程序需要使用某个Class对象时,类加载器先从缓存区中搜索该Class,只有当缓存区中不存在该Class对象时,系统才会读取该类对应的二进制数据,并将其转换成Class对象,存储到缓存区

1.2.3 Java中的内置类加载器

  • Bootstrap class loader:它是虚拟机的内置类加载器,通常表示为null ,并且没有父null

  • Platform class loader:平台类加载器可以看到所有平台类 ,平台类包括由平台类加载器或其祖先定义的Java SE平台API,其实现类和JDK特定的运行时类

  • System class loader:它也被称为应用程序类加载器 ,与平台类加载器不同。 系统类加载器通常用于定义应用程序类路径,模块路径和JDK特定工具上的类

  • 类加载器的继承关系:System的父加载器为Platform,而Platform的父加载器为Bootstrap

1.2.4 ClassLoader 中的两个方法

  • 方法分类

    方法名 说明
    static ClassLoader getSystemClassLoader() 返回用于委派的系统类加载器
    ClassLoader getParent() 返回父类加载器进行委派
  • 示例代码

    public class ClassLoaderDemo {
       public static void main(String[] args) {
           //static ClassLoader getSystemClassLoader():返回用于委派的系统类加载器
           ClassLoader c = ClassLoader.getSystemClassLoader();
           System.out.println(c); //AppClassLoader

           //ClassLoader getParent():返回父类加载器进行委派
           ClassLoader c2 = c.getParent();
           System.out.println(c2); //PlatformClassLoader

           ClassLoader c3 = c2.getParent();
           System.out.println(c3); //null
      }
    }

1.3 补充理解

https://www.cnblogs.com/doit8791/p/5820037.html

 二、反射

2.1 概述

JAVA反射机制是在运行状态中,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一个方法和属性;这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。
要想解剖一个类,必须先要获取到该类的字节码文件对象。而解剖使用的就是Class类中的方法.所以先要获取到每一个字节码文件对应的Class类型的对象.

反射就是把java类中的各种成分映射成一个个的Java对象
例如:一个类有:成员变量、方法、构造方法、包等等信息,利用反射技术可以对一个类进行解剖,把个个组成部分映射成一个个对象。
     (其实:一个类中这些成员方法、构造方法、在加入类中都有一个类来描述)
如图是类的正常加载过程:反射的原理在与class对象。
熟悉一下加载的时候:Class对象的由来是将class文件读入内存,并为之创建一个Class对象。

Class 类的实例表示正在运行的 Java 应用程序中的类和接口。也就是jvm中有N多的实例每个类都有该Class对象。(包括基本数据类型)
Class 没有公共构造方法。Class 对象是在加载类时由 Java 虚拟机以及通过调用类加载器中的defineClass 方法自动构造的。也就是这不需要我们自己去处理创建,JVM已经帮我们创建好了。

2.2 为什么需要反射?

Java中编译类型有两种:

  • 静态编译:在编译时确定类型,绑定对象即通过。
  • 动态编译:运行时确定类型,绑定对象。动态编译最大限度地发挥了Java的灵活性,体现了多态的应用,可以减低类之间的耦合性。

Java反射是Java被视为动态(或准动态)语言的一个关键性质。这个机制允许程序在运行时透过Reflection APIs取得任何一个已知名称的class的内部信息,包括其modifiers(诸如public、static等)、superclass(例如Object)、实现之interfaces(例如Cloneable),也包括fields和methods的所有信息,并可于运行时改变fields内容或唤起methods。

Reflection可以在运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。即Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class,获取其完整构造,并生成其对象实体、或对其fields设值、或唤起其methods。

反射(reflection)允许静态语言在运行时(runtime)检查、修改程序的结构与行为。
在静态语言中,使用一个变量时,必须知道它的类型。在Java中,变量的类型信息在编译时都保存到了class文件中,这样在运行时才能保证准确无误;换句话说,程序在运行时的行为都是固定的。如果想在运行时改变,就需要反射这东西了。

实现Java反射机制的类都位于java.lang.reflect包中:

  1. Class类:代表一个类
  2. Field类:代表类的成员变量(类的属性)
  3. Method类:代表类的方法
  4. Constructor类:代表类的构造方法
  5. Array类:提供了动态创建数组,以及访问数组的元素的静态方法

一句话概括就是使用反射可以赋予jvm动态编译的能力,否则类的元数据信息只能用静态编译的方式实现,例如热加载,Tomcat的classloader等等都没法支持。

2.3 获取Class类对象三种方式

1. Class.forName("全类名"):将字节码文件加载进内存,返回Class对象
  多用于配置文件,将类名定义在配置文件中。读取文件,加载类
2. 类名.class:通过类名的属性class获取
  多用于参数的传递
3. 对象.getClass():getClass()方法在Object类中定义着。

2.4 通过反射获取构造方法

获取构造方法:
  1.批量的方法:
    public Constructor[] getConstructors():所有"公有的"构造方法
            public Constructor[] getDeclaredConstructors():获取所有的构造方法(包括私有、受保护、默认、公有)
     
    2.获取单个的方法,并调用:
    public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes):获取单个的"公有的"构造方法:
    public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes):获取"某个构造方法"可以是私有的,或受保护、默认、公有;

    3.调用构造方法:
    Constructor-->newInstance(Object... initargs)

    newInstance是 Constructor类的方法(管理构造函数的类)
    api的解释为:
    newInstance(Object... initargs)
           使用此 Constructor 对象表示的构造方法来创建该构造方法的声明类的新实例,并用指定的初始化参数初始化该实例。
它的返回值是T类型,所以newInstance是创建了一个构造方法的声明类的新实例对象。并为之调用。

示例:

学生类:

package fanshe;
 
public class Student {
    
    //---------------构造方法-------------------
    //(默认的构造方法)
    Student(String str){
        System.out.println("(默认)的构造方法 s = " + str);
    }
    
    //无参构造方法
    public Student(){
        System.out.println("调用了公有、无参构造方法执行了。。。");
    }
    
    //有一个参数的构造方法
    public Student(char name){
        System.out.println("姓名:" + name);
    }
    
    //有多个参数的构造方法
    public Student(String name ,int age){
        System.out.println("姓名:"+name+"年龄:"+ age);//这的执行效率有问题,以后解决。
    }
    
    //受保护的构造方法
    protected Student(boolean n){
        System.out.println("受保护的构造方法 n = " + n);
    }
    
    //私有构造方法
    private Student(int age){
        System.out.println("私有的构造方法   年龄:"+ age);
    }
 
}

测试类:

package fanshe;
 
import java.lang.reflect.Constructor;
 
 
/*
 * 通过Class对象可以获取某个类中的:构造方法、成员变量、成员方法;并访问成员;
 * 
 * 1.获取构造方法:
 *         1).批量的方法:
 *             public Constructor[] getConstructors():所有"公有的"构造方法
            public Constructor[] getDeclaredConstructors():获取所有的构造方法(包括私有、受保护、默认、公有)
     
 *         2).获取单个的方法,并调用:
 *             public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes):获取单个的"公有的"构造方法:
 *             public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes):获取"某个构造方法"可以是私有的,或受保护、默认、公有;
 *         
 *             调用构造方法:
 *             Constructor-->newInstance(Object... initargs)
 */
public class Constructors {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.加载Class对象
        Class clazz = Class.forName("fanshe.Student");
        
        
        //2.获取所有公有构造方法
        System.out.println("**********************所有公有构造方法*********************************");
        Constructor[] conArray = clazz.getConstructors();
        for(Constructor c : conArray){
            System.out.println(c);
        }
        
        
        System.out.println("************所有的构造方法(包括:私有、受保护、默认、公有)***************");
        conArray = clazz.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor c : conArray){
            System.out.println(c);
        }
        
        System.out.println("*****************获取公有、无参的构造方法*******************************");
        Constructor con = clazz.getConstructor(null);
        //1>、因为是无参的构造方法所以类型是一个null,不写也可以:这里需要的是一个参数的类型,切记是类型
        //2>、返回的是描述这个无参构造函数的类对象。
    
        System.out.println("con = " + con);
        //调用构造方法
        Object obj = con.newInstance();
    //    System.out.println("obj = " + obj);
    //    Student stu = (Student)obj;
        
        System.out.println("******************获取私有构造方法,并调用*******************************");
        con = clazz.getDeclaredConstructor(char.class);
        System.out.println(con);
        //调用构造方法
        con.setAccessible(true);//暴力访问(忽略掉访问修饰符)
        obj = con.newInstance('男');
    }
    
}

输出结果:

**********************所有公有构造方法*********************************
public fanshe.Student(java.lang.String,int)
public fanshe.Student(char)
public fanshe.Student()
************所有的构造方法(包括:私有、受保护、默认、公有)***************
private fanshe.Student(int)
protected fanshe.Student(boolean)
public fanshe.Student(java.lang.String,int)
public fanshe.Student(char)
public fanshe.Student()
fanshe.Student(java.lang.String)
*****************获取公有、无参的构造方法*******************************
con = public fanshe.Student()
调用了公有、无参构造方法执行了。。。
******************获取私有构造方法,并调用*******************************
public fanshe.Student(char)
姓名:男

2.5 获取成员变量并调用

  • 方法分类

    方法名 说明
    Field[] getFields() 返回所有公共成员变量对象的数组
    Field[] getDeclaredFields() 返回所有成员变量对象的数组
    Field getField(String name) 返回单个公共成员变量对象
    Field getDeclaredField(String name) 返回单个成员变量对象
  • 示例代码:

  • 学生类:

 

package fanshe.field;
 
public class Student {
    public Student(){
        
    }
    //**********字段*************//
    public String name;
    protected int age;
    char sex;
    private String phoneNum;
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Student [name=" + name + ", age=" + age + ", sex=" + sex
                + ", phoneNum=" + phoneNum + "]";
    }
    
    
}
  • 测试类:
package fanshe.field;
import java.lang.reflect.Field;
/*
 * 获取成员变量并调用:
 * 
 * 1.批量的
 *         1).Field[] getFields():获取所有的"公有字段"
 *         2).Field[] getDeclaredFields():获取所有字段,包括:私有、受保护、默认、公有;
 * 2.获取单个的:
 *         1).public Field getField(String fieldName):获取某个"公有的"字段;
 *         2).public Field getDeclaredField(String fieldName):获取某个字段(可以是私有的)
 * 
 *      设置字段的值:
 *         Field --> public void set(Object obj,Object value):
 *                     参数说明:
 *                     1.obj:要设置的字段所在的对象;
 *                     2.value:要为字段设置的值;
 * 
 */
public class Fields {
 
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            //1.获取Class对象
            Class stuClass = Class.forName("fanshe.field.Student");
            //2.获取字段
            System.out.println("************获取所有公有的字段********************");
            Field[] fieldArray = stuClass.getFields();
            for(Field f : fieldArray){
                System.out.println(f);
            }
            System.out.println("************获取所有的字段(包括私有、受保护、默认的)********************");
            fieldArray = stuClass.getDeclaredFields();
            for(Field f : fieldArray){
                System.out.println(f);
            }
            System.out.println("*************获取公有字段**并调用***********************************");
            Field f = stuClass.getField("name");
            System.out.println(f);
            //获取一个对象
            Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();//产生Student对象--》Student stu = new Student();
            //为字段设置值
            f.set(obj, "刘德华");//为Student对象中的name属性赋值--》stu.name = "刘德华"
            //验证
            Student stu = (Student)obj;
            System.out.println("验证姓名:" + stu.name);
            
            
            System.out.println("**************获取私有字段****并调用********************************");
            f = stuClass.getDeclaredField("phoneNum");
            System.out.println(f);
            f.setAccessible(true);//暴力反射,解除私有限定
            f.set(obj, "18888889999");
            System.out.println("验证电话:" + stu);
            
        }
    }
  • 输出结果:

 

 

************获取所有公有的字段********************
public java.lang.String fanshe.field.Student.name
************获取所有的字段(包括私有、受保护、默认的)********************
public java.lang.String fanshe.field.Student.name
protected int fanshe.field.Student.age
char fanshe.field.Student.sex
private java.lang.String fanshe.field.Student.phoneNum
*************获取公有字段**并调用***********************************
public java.lang.String fanshe.field.Student.name
验证姓名:刘德华
**************获取私有字段****并调用********************************
private java.lang.String fanshe.field.Student.phoneNum
验证电话:Student [name=刘德华, age=0, sex=

调用字段时:需要传递两个参数:
Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();//产生Student对象--》Student stu = new Student();
//为字段设置值
f.set(obj, "刘德华");//为Student对象中的name属性赋值--》stu.name = "刘德华"
第一个参数:要传入设置的对象,第二个参数:要传入实参

 

2.6 获取成员方法并调用

  • 方法分类

    方法名 说明
    Method[] getMethods() 返回所有公共成员方法对象的数组,包括继承的
    Method[] getDeclaredMethods() 返回所有成员方法对象的数组,不包括继承的
    Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) 返回单个公共成员方法对象
    Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) 返回单个成员方法对象
  • 示例代码

学生类

package fanshe.method;
 
public class Student {
    //**************成员方法***************//
    public void show1(String s){
        System.out.println("调用了:公有的,String参数的show1(): s = " + s);
    }
    protected void show2(){
        System.out.println("调用了:受保护的,无参的show2()");
    }
    void show3(){
        System.out.println("调用了:默认的,无参的show3()");
    }
    private String show4(int age){
        System.out.println("调用了,私有的,并且有返回值的,int参数的show4(): age = " + age);
        return "abcd";
    }
}

测试类:

package fanshe.method;
 
import java.lang.reflect.Method;
 
/*
 * 获取成员方法并调用:
 * 
 * 1.批量的:
 *         public Method[] getMethods():获取所有"公有方法";(包含了父类的方法也包含Object类)
 *         public Method[] getDeclaredMethods():获取所有的成员方法,包括私有的(不包括继承的)
 * 2.获取单个的:
 *         public Method getMethod(String name,Class<?>... parameterTypes):
 *                     参数:
 *                         name : 方法名;
 *                         Class ... : 形参的Class类型对象
 *         public Method getDeclaredMethod(String name,Class<?>... parameterTypes)
 * 
 *      调用方法:
 *         Method --> public Object invoke(Object obj,Object... args):
 *                     参数说明:
 *                     obj : 要调用方法的对象;
 *                     args:调用方式时所传递的实参;
):
 */
public class MethodClass {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.获取Class对象
        Class stuClass = Class.forName("fanshe.method.Student");
        //2.获取所有公有方法
        System.out.println("***************获取所有的”公有“方法*******************");
        stuClass.getMethods();
        Method[] methodArray = stuClass.getMethods();
        for(Method m : methodArray){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println("***************获取所有的方法,包括私有的*******************");
        methodArray = stuClass.getDeclaredMethods();
        for(Method m : methodArray){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println("***************获取公有的show1()方法*******************");
        Method m = stuClass.getMethod("show1", String.class);
        System.out.println(m);
        //实例化一个Student对象
        Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();
        m.invoke(obj, "刘德华");
        
        System.out.println("***************获取私有的show4()方法******************");
        m = stuClass.getDeclaredMethod("show4", int.class);
        System.out.println(m);
        m.setAccessible(true);//解除私有限定
        Object result = m.invoke(obj, 20);//需要两个参数,一个是要调用的对象(获取有反射),一个是实参
        System.out.println("返回值:" + result);
        
        
    }
}

输出结果:

***************获取所有的”公有“方法*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
public java.lang.String java.lang.Object.toString()
public native int java.lang.Object.hashCode()
public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
public final native void java.lang.Object.notify()
public final native void java.lang.Object.notifyAll()
***************获取所有的方法,包括私有的*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
private java.lang.String fanshe.method.Student.show4(int)
protected void fanshe.method.Student.show2()
void fanshe.method.Student.show3()
***************获取公有的show1()方法*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
调用了:公有的,String参数的show1(): s = 刘德华
***************获取私有的show4()方法******************
private java.lang.String fanshe.method.Student.show4(int)
调用了,私有的,并且有返回值的,int参数的show4(): age = 20
返回值:abcd

m = stuClass.getDeclaredMethod("show4", int.class);//调用制定方法(所有包括私有的),需要传入两个参数,第一个是调用的方法名称,第二个是方法的形参类型,切记是类型。
System.out.println(m);
m.setAccessible(true);//解除私有限定
Object result = m.invoke(obj, 20);//需要两个参数,一个是要调用的对象(获取有反射),一个是实参
System.out.println("返回值:" + result);//

2.7 反射main方法

学生类:

package fanshe.main;
 
public class Student {
 
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main方法执行了。。。");
    }
}

测试类:

package fanshe.main;
 
import java.lang.reflect.Method;
 
/**
 * 获取Student类的main方法、不要与当前的main方法搞混了
 */
public class Main {
    
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1、获取Student对象的字节码
            Class clazz = Class.forName("fanshe.main.Student");
            
            //2、获取main方法
             Method methodMain = clazz.getMethod("main", String[].class);//第一个参数:方法名称,第二个参数:方法形参的类型,
            //3、调用main方法
            // methodMain.invoke(null, new String[]{"a","b","c"});
             //第一个参数,对象类型,因为方法是static静态的,所以为null可以,第二个参数是String数组,这里要注意在jdk1.4时是数组,jdk1.5之后是可变参数
             //这里拆的时候将  new String[]{"a","b","c"} 拆成3个对象。。。所以需要将它强转。
             methodMain.invoke(null, (Object)new String[]{"a","b","c"});//方式一
            // methodMain.invoke(null, new Object[]{new String[]{"a","b","c"}});//方式二
            
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
    }
}
控制台输出:
main方法执行了。。。

2.8 通过反射运行配置文件中指定类的指定方法

student类:

public class Student {
    public void show(){
        System.out.println("is show()");
    }
}

配置文件以txt文件为例子(pro.txt):

className = cn.fanshe.Student
methodName = show

测试类:

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;
 
/*
 * 我们利用反射和配置文件,可以使:应用程序更新时,对源码无需进行任何修改
 * 我们只需要将新类发送给客户端,并修改配置文件即可
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //通过反射获取Class对象
        Class stuClass = Class.forName(getValue("className"));//"cn.fanshe.Student"
        //2获取show()方法
        Method m = stuClass.getMethod(getValue("methodName"));//show
        //3.调用show()方法
        m.invoke(stuClass.getConstructor().newInstance());
        
    }
    
    //此方法接收一个key,在配置文件中获取相应的value
    public static String getValue(String key) throws IOException{
        Properties pro = new Properties();//获取配置文件的对象
        FileReader in = new FileReader("pro.txt");//获取输入流
        pro.load(in);//将流加载到配置文件对象中
        in.close();
        return pro.getProperty(key);//返回根据key获取的value值
    }
}

控制台输出:
is show()

需求:
  当我们升级这个系统时,不要Student类,而需要新写一个Student2的类时,这时只需要更改pro.txt的文件内容就可以了。代码就一点不用改动

要替换的student2类:

public class Student2 {
    public void show2(){
        System.out.println("is show2()");
    }
}

配置文件更改为:

className = cn.fanshe.Student2
methodName = show2

控制台输出:
is show2();

2.9 通过反射越过泛型检查

泛型用在编译期,编译过后泛型擦除(消失掉)。所以是可以通过反射越过泛型检查的
测试类:
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
 
/*
 * 通过反射越过泛型检查
 * 
 * 例如:有一个String泛型的集合,怎样能向这个集合中添加一个Integer类型的值?
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ArrayList<String> strList = new ArrayList<>();
        strList.add("aaa");
        strList.add("bbb");
        
    //    strList.add(100);
        //获取ArrayList的Class对象,反向的调用add()方法,添加数据
        Class listClass = strList.getClass(); //得到 strList 对象的字节码 对象
        //获取add()方法
        Method m = listClass.getMethod("add", Object.class);
        //调用add()方法
        m.invoke(strList, 100);
        
        //遍历集合
        for(Object obj : strList){
            System.out.println(obj);
        }
    }
}