Java-----类的 加载机制 和 反射机制

xiaoxiao2021-03-01  7

   类的加载机制

类的加载指的是将类的. class文件中的二进制数据读入到内存中.     

                          

类加载的过程包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段.    

                    

加载:查找并加载类的二进制数据.

1、根据类的全限定名(包名+类名)来获取类的二进制字节流.

2、将类中的所有代表静态数据的存储结构转化为方法区的运行时数据结构. **需要注意的:方法去也是堆,方法区中设置更多的是跟类相关的数据. 哪些数据跟类相关? 类的代码、静态域/静态属性、静态初始化、静态方法、常量池(字符串常量池).

3、在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为对方法区中这些数据的访问入口.

 

链接: 1、验证 :验证的作用,确保加载类的正确性. 验证是连接阶段的第一步,这一阶段的目的是为了确保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。验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作:

文件格式验证:验证字节流是否符合Class文件格式的规范;例如:是否以0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。

元数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析(注意:对比javac编译阶段的语义分析),以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求;例如:这个类是否有父类,除了java.lang.Object 之外。

字节码验证:通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。

符号引用验证:确保解析动作能正确执行。

验证阶段是非常重要的,但不是必须的,它对程序运行期没有影响,如果所引用的类经过反复验证,那么可以考虑采用-Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施,以缩短虚拟机类加载的 时间。

2、准备 :负责给静态属性分配内存,并设置默认初始值.基本数据类型都是赋值为0,引用类型都为null. 准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意:

(1)、这时候进行内存分配的仅包括类变量(static),而不包括实例变量,实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中。

(2)、这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值(如0、0L、null、false等),而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。

          假设一个类变量的定义为:public static int value = 3;

   那么变量value在准备阶段过后的初始值为0,而不是3,因为这时候尚未开始执行任何Java方法,而把value赋值为3的putstatic指令是在程序编译后,存放于类构造器<clinit>()方法之 中的,所以把value赋值为3的动作将在初始化阶段才会执行。

**这里还需要注意如下几点:

· 对基本数据类型来说,对于类变量(static)和全局变量,如果不显式地对其赋值而直接使用,则系统会为其赋予默认的零值,而对于局部变量来说,在使用前必须显式地为其赋值,否则 编译时不通过。 · 对于同时被static和final修饰的常量,必须在声明的时候就为其显式地赋值,否则编译时不通过;而只被final修饰的常量则既可以在声明时显式地为其赋值,也可以在类初始化时显式地 为其赋值,总之,在使用前必须为其显式地赋值,系统不会为其赋予默认零值。 · 对于引用数据类型reference来说,如数组引用、对象引用等,如果没有对其进行显式地赋值而直接使用,系统都会为其赋予默认的零值,即null。 · 如果在数组初始化时没有对数组中的各元素赋值,那么其中的元素将根据对应的数据类型而被赋予默认的零值。

 (3)、如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性,即同时被final和static修饰,那么在准备阶段变量value就会被初始化为ConstValue属性所指定的值。

   假设上面的类变量value被定义为: public static final int value = 3;

   编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性,在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为3。回忆上一篇博文中对象被动引用的第2个例子,便是这种情况。我们 可以理解为static final常量在编译期就将其结果放入了调用它的类的常量池中.

3、解析:把类中的符号引用转换为直接引用

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程,解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。符号引用就 是一组符号来描述目标,可以是任何字面量。

直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

初始化:初始化阶段,就是JVM执行类的构造器 ()的阶段,类构造器 ()是由编译,器,自动收集类的所有类变量的赋值动作,和static语句块的语句合并构成。

为类的静态变量赋予正确的初始值, JVM负责对类进行初始化,主要对类变量进行初始化。

在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式: 1)声明类变量是指定初始值  2)使用静态代码块为类变量指定初始值.

JVM初始化一个类的步骤. 1、假如这个类还没有被加载和连接,则程序先加载并连接该类. 2、假如该类的直接父类还没有被初始化,则先初始化其直接父类. 3、假如类中有初始化语句,则系统依次执行这些初始化语句.

类初始化的时机: 只有当对类的主动使用的时候才会导致类的初始化,类的主动引用包括以下六种: -创建类的实例,也就是new的方式 -访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值 -调用类的静态方法.反射(如class.forName( "com.shengsivuan.Test" )) 。 -初始化某个类的子类,则其父类也会被初始化. -Java虚拟机启动时被标明为启动类的类(Java Test),直接使用iava.exe命令来运行某个主类.

但是类的被动引用,不会导致类的初始化,如以下几种情况: -使用final修饰符的常量调用,不会初始化所在的类 -通过数组定义类引用,也不会初始化所在的类 -通过子类引用父类的静态变量,也不会导致子类初始化.

使用:

package com.gezhi.javaoo20.main; public class MainEnter { static { System.out.println("MainEnter的类静态初始化执行!"); } public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub System.out.println("main函数开始启动!"); // 主动引用(以下情况,都会完成类的初始化工作) A a = new A();//1、产生类的实例的时候 System.out.println(A.width);//2、调用类的类变量的时候 // A.printIIovoU();//3、调用类的静态方法的时候 // 4、反射,动态加载某一个类的时间 // try { // Class.forName("com.gezhi.javaoo20.main.A"); // } catch (ClassNotFoundException e) { // // TODO Auto-generated catch block // e.printStackTrace(); // } // new B();//5、初始化某个类的子类,则其父类也会被初始化 //-------------------------------------- // 但是以下情况,将不会进行类的初始化 //-------------------------------------- //1、使用final修饰符的常量调用,不会初始化所在的类 System.out.println(A.PI); //2、通过数组定义类引用,也不会初始化所在的类 A[] arrs = new A[5]; //3、通过子类引用父类的静态变量,也不会导致子类初始化 System.out.println(B.width); } } class B extends A{ static { System.out.println("B的类静态初始化执行!"); } } class A { public static int width = 100; public static final double PI = 3.14;// 静态常量,在连接的准备阶段,就已经被赋初值了 static { width = 300; System.out.println("A的类静态初始化执行!"); } public A() { // TODO Auto-generated constructor stub System.out.println("A的无参构造执行!"); } public static void printIIovoU() { System.out.println("我爱你!"); } }

 

卸载:在如下几种情况下,Java虚拟机将结束生命周期:

– 执行了System.exit()方法

– 程序正常执行结束

– 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止

– 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止

类加载器

这几种类加载器的层次关系如下图所示:

                                 注意:这里父类加载器并不是通过继承关系来实现的,而是采用组合实现的。

在Java虚拟机的角度来讲,只存在两种不同的类加载器:启动类加载器:

1、它使用C++实现(这里仅限于Hotspot,也就是JDK1.5之后默认的虚拟机,有很多其他的虚拟机是用Java语言实现的),是虚拟机自身的一部分;

2、所有其他的类加载器:这些类加载器都由Java语言实现,独立于虚拟机之外,并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader,这些类加载器需要由启动类加载器加载到内存中之后才能去 加载其他的类。

在Java开发人员的角度来看,类加载器可以大致划分为以下三类: 1、启动类加载器:Bootstrap ClassLoader,负责加载存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录,下同)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。

2、扩展类加载器:Extension ClassLoader,该加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,它负责加载DK\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。

3、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。 1)在执行非置信代码之前,自动验证数字签名。

2)动态地创建符合用户特定需要的定制化构建类。

3)从特定的场所取得java class,例如数据库中和网络中。

类加载有三种方式:

1、命令行启动应用时候由JVM初始化加载

2、通过Class.forName()方法动态加载

3、通过ClassLoader.loadClass()方法动态加载

Class.forName()和ClassLoader.loadClass()区别

Class.forName():将类的.class文件加载到jvm中之外,还会对类进行解释,执行类中的static块;

ClassLoader.loadClass():只干一件事情,就是将.class文件加载到jvm中,不会执行static中的内容,只有在newInstance才会去执行static块。

注:Class.forName(name, initialize, loader)带参函数也可控制是否加载static块。并且只有调用了newInstance()方法采用调用构造函数,创建类的对象 。

双亲委派模型

双亲委派模型的工作流程是: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,而是把请求委托给父加载器去完成,依次向上,因此,所有的类加载请求最终都应 该被传递到顶层的启动类加载器中,只有当父加载器在它的搜索范围中没有找到所需的类时,即无法完成该加载,子加载器才会尝试自己去加载该类。

双亲委派机制: 1、当AppClassLoader加载一个class时,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。

2、当ExtClassLoader加载一个class时,它首先也不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。

3、如果BootStrapClassLoader加载失败(例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class),会使用ExtClassLoader来尝试加载;

4、若ExtClassLoader也加载失败,则会使用AppClassLoader来加载,如果AppClassLoader也加载失败,则会报出异常ClassNotFoundException。

JVM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,除非显示使用另外一个类加载器来载入.

父类委托:先让父类加载器试图加载该类,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.

代理加载:当一个类加载器接受到一个类的加载请求的时候,让其他的类加载器去帮助加载的过程,父类委托本身一种代理加载.

不同的类加载器,加载相同的类的时,产生的类的Class对象不一定一样的.

    反射

使用反射可以获得Java类中各个成员的名称并显示出来。简单的说,反射就是让你可以通过名称来得到对象(类,属性 ,方法的技术。

一句话:运行时探究和使用编译时未知的类。

就是指的是,在Java中,可以在程序运行时期,动态的加载、探知和使用,在编译期间,完全无法确定的类。就叫反射.

换句话说:Java在运行期间去载入一个只知道“类的全限定名”的类,并且获取其完整的数据结构【运行是数据】,并且还可以参照这个完整的数据结构,我们拥有创建类的实例,以及访问 类的属性,访问类的方法的能力,我们把这种能力,也称为“自审”,“自省”,“内省”.

反射的核心:Class类.

获得Class对象的方式主要有以下三种:一:如果一个类的实例已经得到,你可以使用

    Person p = new Person();     class c =p.getclass();             【Class c =对象名.getClass0:】   例: TextFieldt = new Jextfieldo;     Class c = t.getClass0;   Class s = c.getSuperclass0;

二:如果你在编译期知道类的名字,你可以使用如下的方法  

    Person p = new Person();     class c =p.getclass();             【Class c =对象名.getClass0:】   例: TextFieldt = new Jextfieldo;     Class c = t.getClass0;   Class s = c.getSuperclass0;

三:如果类名在编译期不知道,但是在运行期可以获得你可以使用下面的方法

【 Class c= Class.forName(stra): 】

 

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