Java 基础(类的加载与ClassLoader的理解)

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

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，作为方法区中类数据的访问入口(即引用地址）。所有需要访问和使用类数据只能通过这个Class对象。这个加载的过程需要类加载器参与。

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。

1. 验证: 确保加载的类信息符合JVM规范，例如:以cafe开头，没有安全方面的问题
2. 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。
3. 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:

1. 执行类构造器()方法的过程。类构造器()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）。
2. 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。
3. 虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

类加载器的作用:

1. 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。
2. 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。

ClassLoaderTest.java

package com.klvchen.java;

import org.junit.Test;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;

public class ClassLoaderTest {

    @Test
    public void test1(){
        // 对于自定义类,使用系统类加载器进行加载
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        //调用系统类加载器的getParent():获取扩展类加载器
        ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
        System.out.println(classLoader1);
        //调用扩展类加载器的getParent():无法获取引导类加载器
        //引导类加载器主要负责类库，无法加载自定义类的。
        ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
        System.out.println(classLoader2);

        ClassLoader classLoader3 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader3);

    }


    /*
      Properties: 用来读取配置文件。
     */
    @Test
    public void test2() throws Exception {
        Properties pros = new Properties();
        //此时的文件默认在当前的module下
        //读取配置文件的方式一:
        FileInputStream fis = new FileInputStream("src\\jdbc1.properties");
        pros.load(fis);

        //读取配置文件的方式二: 使用CLassLoader
        //配置文件默认识别为: 当前 module 的的 src 下
        //ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        //InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");
        //pros.load(is);

        String user = pros.getProperty("user");
        String password = pros.getProperty("password");
        System.out.println("user = " + user + ",password = " + password);
    }
}

jdbc1.properties

user=黄蜂
password=abc123456

jdbc.properties

user=吴飞
password=abc123

NewInstanceTest.java

package com.klvchen.java;

import org.junit.Test;

import java.util.Random;

public class NewInstanceTest {

    @Test
    public void test1() throws Exception {
        Class<Person> clazz = Person.class;

        /*
        newInstance():调用此方法,创建对应的运行时类的对象。内部调用了运行时类的空参的构造器

        要想此方法正常的创建运行时类的对象，要求:
        1.运行时类必须提供空参的构造器
        2.空参的构造器的访问权限得够。通常,设置为public

        在java bean中要求提供一个public的空参构造器。原因:
        1.便于通过反射，创建运行时类的对象
        2.便于子类继承此运行时类时，默认调用super()时，保证父类有此构造器

         */
        Person obj = clazz.newInstance();
        System.out.println(obj);
    }

    //反射的动态性
    @Test
    public void test2(){
        int num = new Random().nextInt(3);//0,1,2
        String classPath = "";
        switch (num) {
            case 0:
                classPath = "java.util.Date";
                break;
            case 1:
                classPath = "java.lang.Object";
                break;
            case 2:
                classPath = "com.klvchen.java.Person";
                break;
        }

        try {
            Object obj = getInstance(classPath);
            System.out.println(obj);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    /*
    创建一个指定类的对象。
    classPath:指定类的全类名
     */
    public Object getInstance(String classPath) throws Exception {
        Class clazz = Class.forName(classPath);
        return clazz.newInstance();
    }
}

Person.java

package com.klvchen.java;

public class Person {

    private String name;
    public int age;

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

    public Person() {
        System.out.println("Person()");
    }

    private Person(String name) {
        this.name = name;
    }

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

    public void show() {
        System.out.println("你好，我是一个人");
    }

    public String showNation(String nation) {
        System.out.println("我的国籍是: " + nation);
        return nation;
    }
}

ReflectionTest.java

package com.klvchen.java;

import org.junit.Test;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class ReflectionTest {

    // 反射之前，对于 Person的操作
    @Test
    public void test1(){
        //1.创建Person类的对象
        Person p1 = new Person("Tom", 12);

        //2.通过对象，调用其内部的属性、方法
        p1.age = 10;
        System.out.println(p1.toString());

        p1.show();

        //在Person类外部，不可以通过Person类的对象调用其内部私有结构。
        //比如: name . showNation()以及私有的构造器

    }

    //反射之后，对于Person的操作
    @Test
    public void test2() throws Exception {

        Class clazz = Person.class;
        //1.通过反射,创建Person类的对象
        Constructor cons = clazz.getConstructor(String.class, int.class);
        Object obj = cons.newInstance("Tom", 12);
        Person p = (Person) obj;
        System.out.println(p.toString());

        //2.通过反射，调用对象指定的属性、方法
        //调用属性
        Field age = clazz.getDeclaredField("age");
        age.set(p, 10);
        System.out.println(p.toString());

        //调用方法
        Method show = clazz.getDeclaredMethod("show");
        show.invoke(p);

        System.out.println("*********************************************");

        //通过反射，可以调用Person类的私有结构的。比如:私有的构造器、方法、属性
        Constructor cons1 = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
        cons1.setAccessible(true);
        Person p1 = (Person) cons1.newInstance("Jerry");
        System.out.println(p1);

        //调用私有的属性
        Field name = clazz.getDeclaredField("name");
        name.setAccessible(true);
        name.set(p1, "HanMeimei");
        System.out.println(p1);

        //调用私有的方法
        Method showNation = clazz.getDeclaredMethod("showNation", String.class);
        showNation.setAccessible(true);
        String nation = (String) showNation.invoke(p1, "中国");//相当于String nation = p1.showNation("中国")
        System.out.println(nation);

    }

    /*
    关于java.lang.Class类的理解
    1.类的加载过程:
      程序经过 javac.exe 命令以后，会生成一个或多个字节码文件(.class结尾)。
      接着我们使用java.exe命令对某个字节码文件进行解释运行。相当于将某个字节码文件加载到内存中。
      此过程就称为类的加载。加载到内存中的类，我们就称为运行时类，此运行时类,就作为Class的一个实例。
    2.换句话说，Class的实例就对应着一个运行时类。
    3.加载到内存中的运行时类，会缓存一定的时间。在此时间之内，我们可以通过不同的方式来获取此运行时类。
     */

    // 获取Class的实例的方式
    @Test
    public void test3() throws ClassNotFoundException {
        //方式一: 调用运行时类的属性:.class
        Class clazz1 = Person.class;
        System.out.println(clazz1);
        //方式二: 通过运行时类的对象, 调用 getclass()
        Person p1 = new Person();
        Class clazz2 = p1.getClass();
        System.out.println(clazz2);

        //方式三: 调用Class的静态方法:forName(String classPath)
        Class clazz3 = Class.forName("com.klvchen.java.Person");
        //Class clazz3 = Class.forName("java.lang.String");
        System.out.println(clazz3);

        System.out.println(clazz1 == clazz2);
        System.out.println(clazz1 == clazz3);

        //方式四:使用类的加载器: ClassLoader
        ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
        Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.klvchen.java.Person");
        System.out.println(clazz4);

        System.out.println(clazz1 == clazz4);

    }

    @Test
    public void test4(){
        Class c1 = Object.class;
        Class c2 = Comparable.class;
        Class c3 = String[].class;
        Class c4 = int[][].class;
        Class c5 = ElementType.class;
        Class c6 = Override.class;
        Class c7 = int.class;
        Class c8 = void.class;
        Class c9 = Class.class;

        int[] a = new int[10];
        int[] b = new int[100];
        Class c10 = a.getClass();
        Class c11 = b.getClass();
        //只要元素类型和维度一样，就是同一个class
        System.out.println(c10 == c11);
    }
}