Java RRTI与Class对象-优快云博客

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RRTI的概念以及Class对象作用

认识Class对象之前，先来了解一个概念，RTTI（Run-Time Type Identification）运行时类型识别，对于这个词一直是 C++ 中的概念，至于Java中出现RRTI的说法则是源于《Thinking in Java》一书，其作用是在运行时识别一个对象的类型和类的信息，这里分两种：传统的”RRTI”,它假定我们在编译期已知道了所有类型(在没有反射机制创建和使用类对象时，一般都是编译期已确定其类型，如new对象时该类必须已定义好)，另外一种是反射机制，它允许我们在运行时发现和使用类型的信息。在Java中用来表示运行时类型信息的对应类就是Class类，Class类也是一个实实在在的类，存在于JDK的java.lang包中，其部分源码如下：

public final class Class<T> implements java.io.Serializable,GenericDeclaration,Type, AnnotatedElement {
    private static final int ANNOTATION= 0x00002000;
    private static final int ENUM      = 0x00004000;
    private static final int SYNTHETIC = 0x00001000;

    private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }

    /*
     * Private constructor. Only the Java Virtual Machine creates Class objects.（私有构造，只能由JVM创建该类）
     * This constructor is not used and prevents the default constructor being
     * generated.
     */
    private Class(ClassLoader loader) {
        // Initialize final field for classLoader.  The initialization value of non-null
        // prevents future JIT optimizations from assuming this final field is null.
        classLoader = loader;
    }

Class类被创建后的对象就是Class对象，注意，Class对象表示的是自己手动编写类的类型信息，比如创建一个Shapes类，那么，JVM就会创建一个Shapes对应Class类的Class对象，该Class对象保存了Shapes类相关的类型信息。实际上在Java中每个类都有一个Class对象，每当我们编写并且编译一个新创建的类就会产生一个对应Class对象并且这个Class对象会被保存在同名.class文件里(编译后的字节码文件保存的就是Class对象)，那为什么需要这样一个Class对象呢？是这样的，当我们new一个新对象或者引用静态成员变量时，Java虚拟机(JVM)中的类加载器子系统会将对应Class对象加载到JVM中，然后JVM再根据这个类型信息相关的Class对象创建我们需要实例对象或者提供静态变量的引用值。需要特别注意的是，手动编写的每个class类，无论创建多少个实例对象，在JVM中都只有一个Class对象，即在内存中每个类有且只有一个相对应的Class对象，挺拗口，通过下图理解（内存中的简易现象图）：

到这我们也就可以得出以下几点信息：

Class类也是类的一种，与class关键字是不一样的。
手动编写的类被编译后会产生一个Class对象，其表示的是创建的类的类型信息，而且这个Class对象保存在同名.class的文件中(字节码文件)，比如创建一个Shapes类，编译Shapes类后就会创建其包含Shapes类相关类型信息的Class对象，并保存在Shapes.class字节码文件中。
每个通过关键字class标识的类，在内存中有且只有一个与之对应的Class对象来描述其类型信息，无论创建多少个实例对象，其依据的都是用一个Class对象。
Class类只存私有构造函数，因此对应Class对象只能有JVM创建和加载
Class类的对象作用是运行时提供或获得某个对象的类型信息，这点对于反射技术很重要(关于反射稍后分析)。

Class对象获取方式

Person person = new Person();


Class clazz1 = person.getClass();  //1、通过Object类的getClass()方法：（需要先实例化一个对象）


Class clazz2 = person.class;       //2、通过对象实例方法获取对象：（需要先实例化一个对象）


Class clazz3 = Class.forName("com.cn.Person");  //3、类的全路径：（不许呀实例对象）

区别：

Class.forName（）这样做的好处是无需通过持有该类的实例对象引用而去获取Class对象，getClass()是通过一个实例对象获取一个类的Class对象，其中的getClass()是从顶级类Object继承而来的，它将返回表示该对象的实际类型的Class对象引用。

.class 这种方式相对前面两种方法更加简单，更安全。因为它在编译器就会受到编译器的检查同时由于无需调用forName方法效率也会更高，因为通过字面量的方法获取Class对象的引用不会自动初始化该类。更加有趣的是字面常量的获取Class对象引用方式不仅可以应用于普通的类，也可以应用用接口，数组以及基本数据类型，这点在反射技术应用传递参数时很有帮助，关于反射技术稍后会分析，由于基本数据类型还有对应的基本包装类型，其包装类型有一个标准字段TYPE，而这个TYPE就是一个引用，指向基本数据类型的Class对象，其等价转换如下，一般情况下更倾向使用.class的形式，这样可以保持与普通类的形式统一。

boolean.class = Boolean.TYPE;
char.class = Character.TYPE;
byte.class = Byte.TYPE;
short.class = Short.TYPE;
int.class = Integer.TYPE;
long.class = Long.TYPE;
float.class = Float.TYPE;
double.class = Double.TYPE;
void.class = Void.TYPE;

前面提到过，使用字面常量的方式获取Class对象的引用不会触发类的初始化，这里我们可能需要简单了解一下类加载的过程，如下：

加载：类加载过程的一个阶段：通过一个类的完全限定查找此类字节码文件，并利用字节码文件创建一个Class对象
链接：验证字节码的安全性和完整性，准备阶段正式为静态域分配存储空间，注意此时只是分配静态成员变量的存储空间，不包含实例成员变量，如果必要的话，解析这个类创建的对其他类的所有引用。
初始化：类加载最后阶段，若该类具有超类，则对其进行初始化，执行静态初始化器和静态初始化成员变量。
由此可知，我们获取字面常量的Class引用时，触发的应该是加载阶段，因为在这个阶段Class对象已创建完成，获取其引用并不困难，而无需触发类的最后阶段初始化。下面通过小例子来验证这个过程：(重要)

import java.util.*;

class Initable {
  //编译期静态常量
  static final int staticFinal = 47;
  //非编期静态常量
  static final int staticFinal2 =
    ClassInitialization.rand.nextInt(1000);
  static {
    System.out.println("Initializing Initable");
  }
}

class Initable2 {
  //静态成员变量
  static int staticNonFinal = 147;
  static {
    System.out.println("Initializing Initable2");
  }
}

class Initable3 {
  //静态成员变量
  static int staticNonFinal = 74;
  static {
    System.out.println("Initializing Initable3");
  }
}

public class ClassInitialization {
  public static Random rand = new Random(47);
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    //字面常量获取方式获取Class对象
    Class initable = Initable.class;
    System.out.println("After creating Initable ref");
    //不触发类初始化
    System.out.println(Initable.staticFinal);
    //会触发类初始化
    System.out.println(Initable.staticFinal2);
    //会触发类初始化
    System.out.println(Initable2.staticNonFinal);
    //forName方法获取Class对象
    Class initable3 = Class.forName("Initable3");
    System.out.println("After creating Initable3 ref");
    System.out.println(Initable3.staticNonFinal);
  }
}

结果：

After creating Initable ref
47
Initializing Initable
258
Initializing Initable2
147
Initializing Initable3
After creating Initable3 ref
74

从输出结果来看，可以发现，通过字面常量获取方式获取Initable类的Class对象并没有触发Initable类的初始化，这点也验证了前面的分析，同时发现调用Initable.staticFinal变量时也没有触发初始化，这是因为staticFinal属于编译期静态常量，在编译阶段通过常量传播优化的方式将Initable类的常量staticFinal存储到了一个称为NotInitialization类的常量池中，在以后对Initable类常量staticFinal的引用实际都转化为对NotInitialization类对自身常量池的引用，所以在编译期后，对编译期常量的引用都将在NotInitialization类的常量池获取，这也就是引用编译期静态常量不会触发Initable类初始化的重要原因。但在之后调用了Initable.staticFinal2变量后就触发了Initable类的初始化，注意staticFinal2虽然被static和final修饰，但其值在编译期并不能确定，因此staticFinal2并不是编译期常量，使用该变量必须先初始化Initable类。Initable2和Initable3类中都是静态成员变量并非编译期常量，引用都会触发初始化。至于forName方法获取Class对象，肯定会触发初始化，这点在前面已分析过。到这几种获取Class对象的方式也都分析完，ok~,到此这里可以得出小结论：

获取Class对象引用的方式3种，通过继承自Object类的getClass方法，Class类的静态方法forName以及字面常量的方式”.class”。
其中实例类的getClass方法和Class类的静态方法forName都将会触发类的初始化阶段，而字面常量获取Class对象的方式则不会触发初始化。
初始化是类加载的最后一个阶段，也就是说完成这个阶段后类也就加载到内存中(Class对象在加载阶段已被创建)，此时可以对类进行各种必要的操作了（如new对象，调用静态成员等），注意在这个阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码或者字节码。