2022.4.20 反射获取字节码文件对象的三种方式

反射

反射的概述:

  • 动态语言 是一类在运行时可以改变其结构的语言:例如新的函数、对象、甚至代码可以被引进,已有的函数可以被删除或是其他结构上的变化。通俗点说就是在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构。主要动态语言:Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python等。

  • 静态语言

    • 与动态语言相对应的,运行时结构不可变的语言就是静态语言。如Java、C、C++。

    • Java不是动态语言,但Java可以称之为“准动态语言”。即Java有一定的动态性,我们可以利用反射机制获得类似动态语言的特性。Java的动态性让编程的时候更加灵活!

Java Reflection

  • Reflection(反射)是Java被视为动态语言的关键,反射机制允许程序在执行期借助于Reflection API取得任何类的内部信息,并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

一个类编译成字节码文件后加载到内存中,在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象,一个类只有一个Class对象,这个对象就包含了完整的类的结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构。

获取时不是从java文件中获取的,而是从class字节码文件中获取的,所以先获取class字节码文件对象,在从字节码文件中获取成员变量、构造方法、成员方法, 在根据获取的成员变量、构造方法、成员方法去获取其修饰符等

Java反射机制提供的功能

  • 在运行时判断任意一个对象所属的类

  • 在运行时构造任意一个类的对象

  • 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法

  • 在运行时获取泛型信息

  • 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法

  • 在运行时处理注解

  • 生成动态代理

Java反射优点和缺点

  • 优点:可以实现动态创建对象和编译,体现出很大的灵活性

  • 缺点:对性能有影响,使用反射基本上是一种解释操作,我们可以告诉JVM,我们希望做什么并且它满足我们的要求。这类操作总是慢于直接执行相同的操作。

反射相关的主要API

反射都是从class字节码文件中获取的内容。

  • 如何获取class字节码文件的对象

  • 利用反射如何获取构造方法(创建对象)

  • 利用反射如何获取成员变量(赋值,获取值)

  • 利用反射如何获取成员方法(运行)

获取字节码文件对象的三种方式

字节码文件和字节码文件对象

java文件:就是我们自己编写的java代码。

字节码文件:就是通过java文件编译之后的class文件(是在硬盘上真实存在的,用眼睛能看到的)

字节码文件对象:当class文件加载到内存之后,虚拟机自动创建出来的对象。这个对象里面至少包含了:构造方法,成员变量,成员方法。

而我们的反射获取的是什么?字节码文件对象,这个对象在内存中是唯一的

class类(字节码文件对象)

在Object类中定义了以下的方法,此方法将被所有子类继承,对于每个类而言,JRE都为其保留一个不变的Class类型的对象。一个Class对象包含了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitive type/void/[])的有关信息。

public final Class getClass()

以上的方法返回值的类型是一个Class类,此类是Java反射的源头,从程序的运行结果来看也很好理解,即:可以通过对象反射求出类的名称。

  • Class本身也是一个类

  • Class对象只能由系统建立对象

  • 一个加载的类在JVM中只会有一个Class实例

  • 一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件

  • 每个类的实例都会记得自己是由哪个Class 实例所生成

  • 通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构

  • Class类是Reflection的根源,针对任何你想动态加载、运行的类,唯有先获得相应的Class对象

class类的常用方法

那些类型可以有Class对象

Class c5 ,c5就是Class对象

  • class:外部类,成员(成员内部类,静态内部类),局部内部类,匿名内部类。

  • interface:接口

  • []∶数组

  • enum:枚举

  • annotation:注解@interface

  • primitive type:基本数据类型

  • void

复制代码
 1 package com.xing.reflection;
 2  3 import java.lang.annotation.ElementType;
 4  5 //所有类型的Class
 6 public class Test03 {
 7     public static void main(String[] args) {
 8         Class c1 = Object.class;//类的class
 9         Class c2 = Comparable.class;//接口的class
10         Class c3 = String [].class;//数组的class
11         Class c4 = int [][].class;//二维数组的class
12         Class c5 = Override.class;//注解的class
13         Class c6 = ElementType.class;//枚举的class
14         Class c7 = Integer.class;//基本数据类型的class
15         Class c8 = void.class;//void的class
16         Class c9 = Class.class;//Class的class
17 18         System.out.println(c1);//class java.lang.Object
19         System.out.println(c2);//interface java.lang.Comparable
20         System.out.println(c3);//class [Ljava.lang.String;
21         System.out.println(c4);//class [[I
22         System.out.println(c5);//interface java.lang.Override
23         System.out.println(c6);//class java.lang.annotation.ElementType
24         System.out.println(c7);//class java.lang.Integer
25         System.out.println(c8);//void
26         System.out.println(c9);//class java.lang.Class
27     }
28 }
复制代码

Java内存分析

类的加载过程

当程序主动使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则系统会通过如下三个步骤来对该类进行初始化。

类的加载与ClassLoader的理解

  • 加载:将class文件字节码内容加载到内存中,并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构,然后生成一个代表这个类的java.lang.Class对象.

  • 链接:将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。

    • 验证:确保加载的类信息符合JVM规范,没有安全方面的问题

    • 准备:正式为类变量(static)分配内存并设置类变量默认初始值的阶段,这些内存都将在方法区中进行分配。

    • 解析:虚拟机常量池内的符号引用(常量名)替换为直接引用(地址)的过程。

  • 初始化:

    • 执行类构造器<clinit>()方法的过程。类构造器<clinit>()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。(类构造器是构造类信息的,不是构造该类对象的构造器)。

    • 当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行初始化,则需要先触发其父类的初始化。

    • 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

复制代码
 1 package com.xing.reflection;
 2  3 public class Test04 {
 4     public static void main(String[] args) {
 5         A a = new A();
 6         System.out.println(a.m);//静态代码块 无参构造 100
 7         /*
 8             1加载到内存,会产生一个类对应class对象
 9             2.链接,链接结束后m = 0
10             3.初始化
11                 //自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的  所以m是100
12                 <clinit>(){
13                     system.out.println( "A类静态代码块初始化");
14                     m= 300;
15                     m = 100;
16                 }
17             */
18     }
19 }
20 class A{
21     static {
22         System.out.println("静态代码块");
23         m=300;
24     }
25     static int m=100;
26 27     public A() {
28         System.out.println("无参构造");
29     }
30 }
复制代码

什么时候会发生类初始化?

  • 类的主动引用(一定会发生类的初始化)

    • 当虚拟机启动,先初始化main方法所在的类

    • new一个类的对象

    • 调用类的静态成员(除了final常量)和静态方法

    • 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用

    • 当初始化一个类,如果其父类没有被初始化,则先会初始化它的父类

  • 类的被动引用(不会发生类的初始化)

    • 当访问一个静态域时,只有真正声明这个域的类才会被初始化。如:当通过子类引用父类的静态变量,不会导致子类初始化(父类的静态变量与父类一起加载)

    • 通过数组定义类引用,不会触发此类的初始化

    • 引用常量不会触发此类的初始化(常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了)

复制代码
 1 package com.xing.reflection;
 2  3 //测试类什么时候初始化
 4 public class Test05 {
 5     //当虚拟机启动,先初始化main方法所在的类
 6     static {
 7         System.out.println("Main类");
 8     }
 9 10     public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
11         //1.主动引用
12         Son son = new Son();/*Main类
13                               父类
14                               子类*/
15 16        //反射也会产生主动引用   这种方式需要在方法上抛出异常
17        Class.forName("com.xing.reflection.Son");/*Main类
18                                                   父类
19                                                   子类*/
20 21         //不会产生类的引用的方法  1.子类引用父类的静态变量
22         System.out.println("Son.b");/*Main类
23                                       父类
24                                       2*/
25 26         //2.数组   对象类型数组
27         Son[] arr = new Son[5];//Main类
28 29         //3.常量
30         System.out.println(Son.M);/*Main类
31                                     1*/
32     }
33 }
34 class Father{
35     static int b = 2;
36     static {
37         System.out.println("父类");
38     }
39 }
40 class Son extends Father{
41     static {
42         System.out.println("子类");
43         m=300;
44     }
45     static int m = 100;
46     static final int M = 1;
47 }
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类加载器的作用

  • 类加载的作用:将class文件字节码内容加载到内存中,并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构,然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区中类数据的访问入口。

  • 类缓存:标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类,但一旦某个类被加载到类加载器中,它将维持加载(缓存)一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象

类加载器作用是用来把类(class)装载进内存的。JVM规范定义了如下类型的类的加载器。

复制代码
 1 package com.xing.reflection;
 2  3 import static java.lang.Class.forName;
 4  5 public class Test06 {
 6     public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
 7         //获得系统的类加载器
 8         ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
 9         System.out.println(systemClassLoader);
10 11         //获取系统类加载器的父类加载器-->扩展类加载器
12         ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
13         System.out.println(parent);
14 15         //获取扩展类加载器的父类加载器-->根加载器(C/c++)
16         ClassLoader parent1 = parent.getParent();
17         System.out.println(parent1);
18 19         //测试当前类是哪个加载器加载的   需在方法上抛出异常
20         ClassLoader classLoader = Class.forName("com.xing.reflection.Test06").getClassLoader();
21         System.out.println(classLoader) ;
22 23         //测试JDK内置的类是谁加载的
24         ClassLoader classLoader1 = forName("java.lang.Object").getClassLoader();
25         System.out.println(classLoader1);
26 27         //如何获得系统类加载器可以加载的路径
28         System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
29 30     }
31 }
复制代码

获取字节码文件对象的三种方式

  • 已知一个类的全类名,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(最常用)

    Class clazz=Class.forName("demo01.Student");

  • 若已知具体的类,通过类的class属性获取,该方法最为安全可靠,程序性能最高。

    Class clazz= Person.class;

  • 通过对象获取字节码文件对象(已知某个类的实例,调用该实例的getClass()方法获取Class对象)

    Class clazz= person.getClass();

创建一个类的对象 分为以下三个阶段

  • 源代码阶段:编写java文件,编译成class字节码文件,这个阶段没有把代码加载到内存中。是在硬盘中进行的操作,一般使用第一种方式去获取class字节码文件对象

  • 加载阶段:将字节码文件加载到内存,使用第二种方式去获取class字节码文件对象

  • 运行阶段:我们可以在内存中创建这个类的对象,一般使用第三种方式去获取class字节码文件对象

获取字节码文件

复制代码
 1 package com.xing.reflect;
 2  3 public class GetClass {
 4     public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
 5  6         /*
 7         * 获取class对象的三种方式:
 8         *   1. Class.forName("全类名");
 9         *   2. 类名.class
10         *   3. 对象.getClass();
11         * */
12 13         //1. 第一种方式
14         //全类名 : 包名 + 类名
15         //最为常用的
16         Class<?> class1 = Class.forName("com.xing.reflect.Student");
17         System.out.println(class1);//class com.xing.reflect.Student
18         //获取类的名字
19         System.out.println(class1.getName());//com.xing.reflect.Student 包名+类名
20         System.out.println(class1.getSimpleName());//Student  类名
21         
22         
23         //2. 第二种方式
24         //一般更多的是当做参数进行传递
25         Class<Student> class2 = Student.class;
26         System.out.println(class2);//class com.xing.reflect.Student
27 28 29         //3.第三种方式
30         //当我们已经有了这个类的对象时,才可以使用。
31         Student s = new Student();
32         Class<? extends Student> class3 = s.getClass();
33         System.out.println(class3);//class com.xing.reflect.Student
34         
35         //方式四:基本内置类型的包装类都有一个Type属性
36         Class c4 = Integer.TYPE;
37         System.out.println(c4);//int
38         
39         
40         //构造一个对象  newInstance()默认返回Object类  
41         Student s =(Student)class1.newInstance();//本质调用了类的无参构造器  Student类必须写一个无参数的构造器,否则报错
42         System.out.println(s);
43 44     }
45 }
复制代码

 

 
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