类的生命周期

  • 同一个 JVM 中的所有线程、所有变量都处于同一个进程里

  • Java 的核心类库在 jre/lib/rt. jar 文件中

  • 类的加载：将类的 class 文件（二进制数据）读入内存，并为之创建一个 java.lang.Class 对象（由类加载器完成）

  • 类的连接：把类的二进制数据合并到 JRE 中包括：验证、准备（为类的类变量分配内存并设置默认初始值）、解析

  • 类的初始化：对类变量进行初始化包括：声明类变量时指定初始值、使用静态初始化块为类变量指定初始值（执行顺序与它们在源代码中的排列顺序相同）

    类初始化过程
    图 1 类初始化过程

类加载器

类加载器的层级关系
图 2 类加载器的层级关系

  • 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：该加载器是用 C 语言实现的，负责加载存放在 $JAVA_HOME\jre\lib下，或被 -Xbootclasspath 参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库（如 rt.jar，所有的 java. 开头的类均被 Bootstrap ClassLoader 加载），启动类加载器是无法被 Java 程序直接引用的
  • 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：该加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现，它负责加载 $JAVA_HOME\jre\lib\ext 目录中，或者由 java.ext.dirs 系统变量指定的路径中的所有类库（如 javax.开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器
  • 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：该类加载器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器

双亲委派模型

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的加载器都是如此，因此所有的类加载请求都会传给顶层的启动类加载器，只有当父载器反馈自己无法完成该加载请求（该加载器的搜索范围中没有找到对应的类）时，子加载器才会尝试自己去加载

通过反射查看类信息

  • 反射：在运行时期，动态地去获取一个类中的信息（类的信息、构造器信息、方法信息、字段等信息）

获得 Class 对象

  • 在 JVM 中，一个类用其全限定类名和其类加载器作为其唯一标识
  • 包装类和 Void 类的静态字段 TYPE 表示其基本类型的 Class 对象

  • 所有的具有相同的维数和相同元素类型的数组共享同一个 Class 对象

  • 使用 Class 类的 Class<?> forName(String className) 类方法（该字符串参数的值是某个类的全限定类名，会对类初始化）

  • 调用某个类的 class 属性来获取该类对应的 Class 对象（所有的数据类型都有 class 属性，包括数组、基本类型以及 void）

  • 调用某个对象的 Class<?> getClass() 方法（可能需要强转）

从 Class 中获取信息

  • 获取 Class 对应类所包含的构造器（由 Constructor 对象表示）Constructor<T> getConstructor(Class<?>… parameterTypes)：获取此 Class 对象对应类的、带指定形参列表的 public 构造器Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>.. parameterTypes)：获取此 Class 对象对应类的、带指定形参列表的构造器，与访问权限无关Constructor<?>[] getConstructors()：获取此 Class 对象对应类的所有 public 构造器Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()：获取此 Class 对象对应类的所有构造器，与访问权限无关
  • 获取 Class 对应类所包含的方法（由 Method 对象表示）Method getMethod(String name, Class<?>.. parameterTypes)：获取此 Class 对象对应类的、带指定形参列表的 public 方法（包括继承的方法）Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>.. parameterTypes)：获取此 Class 对象对应类的、带指定形参列表的方法，与访问权限无关（不包括继承的方法）Method[] getMethods()：获取此 Class 对象所表示的类的所有 public 方法（包括继承的方法）Method[] getDeclaredMethods()：获取此 Class 对象对应类的全部方法，与访问权限无关（不包括继承的方法）
  • 访问 Class 对应类所包含的字符（由 Field 对象表示）Field getField(String name)：获取此 Class 对象对应类的、指定名称的 public 成员变量（包括继承的字段）Field getDeclaredField(String name)：获取此 Class 对象对应类的、指定名称的成员变量，与成员变量的访问权限无关（不包括继承的字符）Field[] getFields()：返回此 Class 对象对应类的所有 public 成员变量（包括继承的字符）Field[] getDeclaredFields()：获取此 Class 对象对应类的全部成员变量，与成员变量的访问权限无关（不包括继承的字符）
  • 其它实例方法ClassLoader getClassLoader()：获取该类的类加载器Class<?>[] getInterfaces()：获取此 Class 对象所表示的类或接口实现的接口Class<? super T> getSuperclass()：获取该 Class 对象对应类的超类的 Class 对象int getModifiers()：获取此类或接口的所有修饰符（返回的整数应使用 Modifier 工具类的方法来解码）Package getPackage()：获取此类的包String getName()：以字符串形式返回此 Class 对象所表示的类的名称String getSimpleName()：以字符串形式返回此 Class 对象所表示的类的简称Class<?> getComponentType()：返回表示数组元素类型的 ClassisArray()、isEnum()、isInterface()、isInstance(Object obj)、isAssignableFrom(Class<?> cls)

使用反射生成并操作对象

  • Constructor、Method、Field 都在 java.lang.reflect 包下，直接父类都是 AccessibleObject

  • 如果反射的对象需要调用对应类中的 private 修饰的构造器、方法或成员变量，应调用 Constructor 对象、Method 对象或 Field 对象的如下方法：void setAccessible(boolean flag)：设置此对象的 accessible 标志为指定的布尔值（值为 true 时，指示反射的对象在使用时取消访问权限检查）

  • 先检查要调用的构造器或方法是否有 public 修饰，再检查是否有 private 修饰

创建对象

  • 方式 1：使用 Class 对象的 T newInstance()方法来创建该 Class 对象对应类的实例，要求该 Class对象的对应类有无参数构造器

  • 方式 2：先使用 Class 对象获取指定的构造器 Constructor 对象，再调用 Constructor 对象的T newInstance(Object… initargs)方法来创建该 Class 对象对应类的实例

调用方法

  • 先使用 Class 对象获取指定的方法 Method 对象，再调用 Method 对象的 invoke() 方法Object invoke(Object obj, Object…args)：该方法中的 obj 是执行该方法的对象，后面的 args 是执行该方法时传入该方法的实参

  • 如果调用的是类方法，第一个参数设置为 null

  • 如果调用是数组型参数（形参个数可变）的方法，把实际参数作为 Object[] 的元素再传递，即：Object invoke(执行该方法的对象, new Object[]{ 所有实参 })

  • 返回值的类型是 Object ，可能需要强转

访问成员变量值

  • Field 提供了如下两组方法来读取或设置成员变量值：Object get(Object obj)：获取 obj 对象上此 Field 表示的字段的值xxx getXxx(Object obj)：获取 obj 对象的该成员变量的值（此处的 Xxx 对应 8 种基本类型，如果该成员变量的类型是引用类型，则取消 get 后面的 Xxx）void setXxx(Object obj, Xxx val)：将 obj 对象的该成员变量设置成 val 值（此处的 Xxx 对应 8 种基本类型，如果该成员变量的类型是引用类型，则取消 set 后面的 Xxx）

操作数组

  • 在 java. lang. reflect 包下的 Array 类中的类方法：Object newInstance(Class<?>componentType,int…length)：创建一个具有指定的元素类型、指定维度的新数组int getLength(Object array)：以 int 形式返回指定数组对象的长度xxx getXxx(Object array, int index)：返回 array 数组中第 index 个元素void setXxx(Object array, int index, xxx val)：将 array 数组中第 index 个元素的值设为 val

  • 其中 xxx 是各种基本数据类型，如果数组元素是引用类型，则方法变成get(ObjeCt array, int index)set(Object array, int index, Object val)

使用反射加载资源文件

  • Class 类中的 InputStream getResourceAsStream(String name)：name 不以 '/' 开头时默认是从当前类的字节码所在的路径去加载资源，以 '/' 开头则是从 classpath 的根路径去加载资源

  • ClassLoader 类中的 InputStream getResourceAsStream(String name)：从 classpath 的根路径去加载资源，返回所读取资源的输入流，name 不能以 '/' 开头

  • 获取 ClassLoader 对象的方法

    • Class 类中的 ClassLoader getClassLoader()：返回该类的类加载器
    • Thread 类中的 ClassLoader getContextClassLoader()：返回该线程的上下文 ClassLoader

使用反射生成 JDK 动态代理

  • 通过使用 Proxy 类和 InvocationHandler 接口可以生成 JDK 动态代理类或动态代理对象，即在程序中为一个或多个接口动态地生成实现类或创建实例
  • 特点：
    • 代理的对象必须有实现的接口
    • 需要为每个对象创建代理对象
    • 动态代理的最小单位是类（所有类中的方法都会被处理）

Proxy 类

  • 构造器：protected Proxy(InvocationHandler h)

  • 类方法

    • Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader, Class<?>… interfaces)：创建一个动态代理类所对应的 Class 对象，该代理类将实现 interfaces 所指定的多个接口（第一个 ClassLoader 参数指定生成动态代理类的类加载器）
    • Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)：使用指定的 InvocationHandler 创建一个动态代理对象，该代理对象的实现类实现了 interfaces 指定的系列接口，执行代理对象的每个方法时都会被替换执行 InvocationHandler 对象的 invoke 方法

InvocationHandler 接口

  • 执行动态代理对象的所有方法时，都会被替换成执行 invoke 方法 Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
    • proxy：代表动态代理对象
    • method：代表正在执行的方法
    • args：代表调用目标方法时传入的实参
  1. public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
  2.     private Object target; // 需要被代理的对象
  4.     // 在构造函数中初始化 target 对象
  5.     public MyInvocationHandler(Object target) {
  6.         this.target = target;
  7.     }
  9.     // 执行动态代理对象的所有方法时，都会被替换成执行如下的 invoke 方法
  10.     public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Exception {
  11.         ... // 执行其它方法
  12.         // 以 target 作为主调来执行 method 方法
  13.         Object result = method.invoke(target, args);
  14.         ... // 执行其它方法
  15.         return result;
  16.     }
  17. }
  19. // 获取 JDK 动态代理对象的方法
  20. public <T> T getProxyObject(T target) {
  21.     MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler(target);
  22.     // 注意：动态创建的代理对象只能赋给 target 所实现的接口类型变量
  23.     return (T)Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(), target.getClass().getInterfaces(), handler);
  24. }
  26. // 将 JDK 动态代理生成的 class 字节码输出到本地文件系统
  27. System.setProperty("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");

cglib 动态代理

  • 原理是对指定的目标类生成一个子类，并覆盖其中方法实现增强，但因为采用的是继承，所以不能对 final 标注的类进行代理
  1. // 自定义的 InvocationHandler 需实现 org.springframework.cglib.proxy.InvocationHandler
  3. // 获取 cglib 动态代理对象的方法
  4. public <T> T getProxyObject() {
  5.     MyInvokationHandler handler = new MyInvokationHandler();
  6.     handler.setTarget(target);
  7.     Enhancer enhancer = new Enhancer();
  8.     enhancer.setSuperclass(target.getClass()); // 设置代理对象需要继承的类
  9.     enhancer.setCallback(handler); // 设置代理对象需要回调的方法
  10.     return(T) enhancer.create(); // 创建一个代理对象
  11. }
  13. // 将 cglib 动态代理生成的 class 字节码输出到本地文件系统
  14. System.setProperty("cglib.debugLocation", "d:/");