【Java】Java 的反射机制（二）：类的加载（拓展）

1.类的加载过程

1.1 Java 内存分析

1.2 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。

1.3 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。

package com.pp.reflection;public class Test04 {public static void main(String[] args) {A a = new A();System.out.println(A.m);/*1.加载到内存，会产生一个类对应的Class对象2.链接，链接结束后 m=03.初始化<clinit>() {System.out.println("A类静态代码块初始化");m = 300;m = 100;}完成后 m = 100*/}
}class A {static {System.out.println("A类静态代码块初始化");m = 300;}static int m = 100;public A() {System.out.println("A类的无参构造初始化");}}

1.4 什么时候会发生类的初始化

• 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。
  • 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）。

package com.pp.reflection;public class Test05 {static {System.out.println("Main类被加载");}public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {// 1.主动引用// Son son = new Son();// 反射也会产生主动引用// Class.forName("com.pp.reflection.Son");// 不会产生类的引用的方法// System.out.println(Son.b);// Son[] array = new Son[5];System.out.println(Son.M);}
}class Father {static int b = 2;static {System.out.println("父类被加载");}
}class Son extends Father {static {System.out.println("子类被加载");m = 300;}static int m = 100;static final int M = 1;
}

• 主动引用，new 一个类的对象。

Son son = new Son();

• 反射也会产生主动引用。

Class.forName("com.pp.reflection.Son");

• 当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化。

System.out.println(Son.b);

• 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化。

Son[] array = new Son[5];

• 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）。

System.out.println(Son.M);

2.类加载器

• 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。

类加载器的作用就是把类装载进内存的。JVM 规范定义了以下的类加载器：

• 引导类加载器（Bootstrap Classloader）：用 C++ 编写的，是 JVM 自带的类加载器，负责 Java 平台核心库，用来加载核心类库（Java 的核心库是 rt.jar 包）。该加载器无法直接获取。

• 扩展类加载器（Extension Classloader）：负责 jre/lib/ext 目录下的 jar 包或 -D java.ext.dirs 指定目录下的 jar 包装入工作库。

• 系统类加载器（System Classloader）：负责 java -classpath 或 -D java.class.path 所指的目录下的类与 jar 包装入工作，是最常用的加载器。

• 获取 系统类加载器。

ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(systemClassLoader);

• 获取 系统类加载器 的父类加载器：扩展类加载器。

ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
System.out.println(parent);

• 获取 扩展类加载器 的父类加载器：根加载器（C/C++）。根加载器无法直接获取。

ClassLoader parent1 = parent.getParent();
// 打印：null
System.out.println(parent1);

• 测试当前类是哪个加载器加载的。

ClassLoader classLoader = Class.forName("com.pp.reflection.Test06").getClassLoader();
System.out.println(classLoader);

• 测试 jdk 内部类是哪个加载器加载的（由 根加载器 加载的，所以打印不出来，为 null）。

ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
System.out.println(classLoader1);

• 如何获得 系统类加载器 可以加载的路径。

System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

总的代码如下：

package com.pp.reflection;public class Test06 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {// 获取系统类的加载器ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();System.out.println(systemClassLoader);// 获取系统类加载器的父类加载器 -> 扩展类加载器ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();System.out.println(parent);// 获取扩展类加载器的父类加载器 -> 根加载器（C/C++），根加载器无法直接获取ClassLoader parent1 = parent.getParent();System.out.println(parent1); // 打印：null// 测试当前类是哪个加载器加载的ClassLoader classLoader = Class.forName("com.pp.reflection.Test06").getClassLoader();System.out.println(classLoader);// 测试 jdk 内部类是哪个加载器加载的（由根加载器加载的，所以打印不出来，为 null）ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();System.out.println(classLoader1); // 打印：null// 如何获得系统类加载器可以加载的路径System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));}
}