Java学习笔记45——类的加载和反射机制

类加载器

类加载

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，类的链接，类的初始化三个步骤对类进行初始化.如果不出现意外的话，JVM会连续完成这三个步骤，所以有时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

• 主要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
  在执行第二步时，系统对其直接父类的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

类加载器

• 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
  • 虽然我们不用过分担心类加载机制，但是了解这个机制能够更好的理解程序的运行
• JVM的类加载机制
  • 全盘负责： 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，除非显式使用另外一个类加载器来载入
  • 父类委托：当一个类加载器负责加载某个Class时，先让父加载器试图加载该Class，只有在父加载器无法加载该Class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，类加载器首先从缓存区中搜索该Class，只有缓存区中不存在该Class对象时，系统才会读取对该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存储在缓存区中

Class Loader是负责加载类的对象

Java运行时具有以下内置类加载器

• Bootstrap class loader:他是虚拟机内置类加载器，通常表示为null，并且没有父类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:它是应用程序类加载器，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，Platform的父加载器为Bootstrap

Classloader的两个方法

• static ClassLoader getSystemClassLoader():返回用于委派得到系统类加载器
• ClassLoader getParent():返回父类加载器

反射

反射概述

Java反射机制：是指在运行时去获取一个类的变量和方法信息。然后通过获取到的信息来创建对象，调用方法的一种机制。由于这种动态性，可以极大的增强程序的灵活性，程序不用在编译期就完成确定，在运行期间仍然可以扩展

获取Class类对象

要通过反射去使用一个类，首先要通过获取到该类的字节码文件对象，也就是类型为Class的对象，这里提供三种方式获取

• 使用类的class属性来挥去该类对应的Class对象，例如Student.class将会返回Student类对应的Class对象
• 调用对象的getClass()方法，返回该对象所属类对应的Class对象
  • 该方法时Object类中的方法，所有的Java 对象都可以调用该方法
• 使用Class类中的静态方法forName(String className)，该方法需要传入字符串参数，该字符串参数的值时某个类的全路径，也就是完整包名的路径

反射获取构造方法

Class类中用于获取构造函数的方法

• Constructor<?>[] getConstructors()：返回所有公共构造方法对象的数组
• Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()：返回所有构造方法对象的数组
• Constructor getConstructor(Class<?>…parameterTypes)：返回单个公共构造方法对象
• Constructor getDeclaredConstructor(Class<?>…parameterTypes)：返回单个构造方法对象

Constructor类中用于创建对象的方法

• T newInstance(Object… initargs):根据指定的构造方法创建对象

public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException {
        Class<?> c=Class.forName("com.itheima.demo5.Student");
        Constructor<?>[] cons=c.getConstructors();//拿不到私有和默认的
        Constructor<?>[] declaredConstructors = c.getDeclaredConstructors();//能拿到所有的(私有和默认的)
        for (Constructor con :declaredConstructors) {
            System.out.println(con);
        }
        //获取一个构造函数
        //参数表示要获得的构造函数的参数的个数个对应类型的字节码对象
        Constructor<?> constructor = c.getConstructor();
        //T newInstance(Object... initargs)使用由此constructor对象表示的构造函数，使用自动的初始化参数来创建和初始化构造函数的声明类的新实例
        Object obj= constructor.newInstance();
        System.out.println(obj);
    }
}

反射练习

通过反射获取构造方法，构造对象并输出

Student类

package com.itheima.demo0;

public class Student {
    private int age;
    private  String name;
    private  String address;

    public Student() {
    }
    private  Student(String name) {
        this.name = name;
    }

    Student(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public Student(int age, String name, String address) {
        this.age = age;
        this.name = name;
        this.address = address;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }
    @Override
    public String toString(){
        return "Student{" +
                "name=" + name +
                ", age='" + age + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}

练习

public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        //获取Class对象
        Class<?> c=Class.forName("com.itheima.demo0.Student");

        //获取带三个参数的构造方法的构造方法对象
        //public Student(int age, String name,String address)
        Constructor<?> constructor=c.getConstructor(int.class,String.class,String.class);
        //基本数据类型也可以通过 .class得到对应的Class类型
        Object obj = constructor.newInstance(20,"CC",  "北京");
        System.out.println(obj);
    }
}

注意使用System.out.println输出对象的时候，需要在对象内重写toString方法才行
注意基本数据类型也是可以通过.class获取对应的Class类型

反射练习——暴力反射

public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        //获取Class对象
        Class<?> c=Class.forName("com.itheima.demo0.Student");


        Constructor<?> constructor=c.getDeclaredConstructor(String.class);
        //暴力反射
        //public void setAccessible (boolean flag):值为true，取消检查
        constructor.setAccessible(true);
        Object obj = constructor.newInstance("CC");
        System.out.println(obj);
    }
}

注意public void setAccessible (boolean flag):值为true，取消访问检查

反射获取成员变量并使用

Class类中用于获取成员变量的方法

• Field[] getFields0:返回所有公共成员变量对象的数组
• Field[] getDeclaredFields0: 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

Field类中用于给成员变量赋值的方法

• void setObiectobiObiectvalue): 给obi对象的成员变量赋值为value

public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException {
        //获取Class对象
        Class<?> c=Class.forName("com.itheima.demo0.Student");
        //Field[] getFields()返回一个包含Field对象的数组,Field对象反映由该Class对象表示的类或接口的所有可访问的公共字段
        //Field[] getDeclaredFields()返回一个包含Field对象的数组,Field对象反映由该Class对象表示的类或接口的所有字段
        Field[] fields = c.getFields();
        for (Field f:fields) {
            System.out.println(f);
        }

        Field[] declaredFields = c.getDeclaredFields();
        for (Field f:declaredFields) {
            System.out.println(f);
        }

        System.out.println("---------------------");
        //Field getField()返回一个包含Field对象,Field对象反映由该Class对象表示的类或接口的可访问的指定公共字段
        //Field getDeclaredField()返回一个包含Field对象,Field对象反映由该Class对象表示的类或接口的指定字段
        Field addressField = c.getField("address");

        //获取无参构造创建对象
        Constructor<?> constructor = c.getConstructor();
        Object obj = constructor.newInstance();
        //Field提供有关类或接口的单个字段的信息和动态访问
        //void set (object obj，object value) 将指定的对象参数中由此 Field对象表示的字段设置为指定的新值
        addressField.set(obj,"北京");//给obj的成员变量addressField赋值
        System.out.println(obj);
    }
}

反射获取成员方法并使用

Class类中用于获取成员方法的方法

• 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

Method类中用于调用成员方法的方法

• Object invoke(Objettobj,Object…args): 调用obj对象的成员方法，参数是args,返回值是Object类型