Java基础之类加载机制及反射

一、类的加载、连接和初始化：

   1.JVM和类：

     当调用Java命令运行某个Java程序时，该命令将会启动一个Java虚拟机进程，不管该Java程序有多么复杂，该程序启动了多少个线程，它们都处于该Java虚拟机进程中。

      以下几种情况JVM进程将会被终止：   

         1).程序运行到最后正常结束；

         2).程序运行到使用System.exit()或Runntime.getRuntime().exit()代码处结束程序；

         3).程序执行过程中遇到未捕获的异常或错误而结束；

         程序所在平台强制结束了JVM。

   在两个JVM之间并不会共享数据。

   2.类的加载：

      当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过加载、连接、初始化三个步骤来对该类进行初始化。

      类加载指的是将类的class文件读入内存，并为之创建 一个java.lang.Class对象，当程序使用任何类时，系统都会为之建立一个java.lang.Class对象。

     类加载由类加载器完成，类加载器通常由JVM提供，JVM提供的是系统加载器，除此之外可通过继承ClassLoader基类来创建自己的类加载器。

     通过不同的的类加载器可以从不同来源加载类的二进制数据：

        1). 从本地文件系统加载class文件；

        2).从JAR包加载class文件，如JDBC加载数据库驱动类；

        3).通过网络加载class文件；

         把一个Java源文件动态编译，并执行加载。

   3.类的连接：

      当类被加载之后，系统为之生成一个对应的Class对象，接着将会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中，类连接分为三个阶段：

        1).验证：验证阶段用于检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致；

        2).准备：类准备阶段则负责为类的类变量分配内存，并设置默认初始化值；

        3). 解析：将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用。

   4.类的初始化：

      在类的初始化阶段，虚拟机负责对类进行初始化，主要就是对类变量进行初始化。在Java类变量指定初始化值有两种方式：声明类变量指定初始化；使用静态初始化块为类变量指定初始化值。

      JVM初始化一个类包含以下几个步骤： 

        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。

  5.类的初始化的时机：

     当Java程序首次通过下面6种方式来使用某个类或接口时，系统就会初始化该类或接口：

        1).创建类的实例。为某个类创建实例的方式包括：使用new操作符来创建实例，通过反射来创建实例，通过反序列化的方式来创建实例；

        2).调用某个类的类方法（静态方法）；

        3).访问某个类或接口的类变量，或为该类变量赋值；

        4).使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象；

        5).初始化某个类的子类，当初始化某个类的子类该子类的所有父类都会被初始化；

        6).直接使用java.exe命令来运行某个主类。当运行某个主类时，程序会先初始化该主类。

二、类加载器：

  类加载器负责所有的类，系统为所有被载入内存中的类生成一个java.lang.Class实例。一旦一个类被载入JVM中，同一个类就不会被再次载入。

   当JVM启动时，会形成由三个类加载器组成的初始类加载器层次结构：

      1).Bootstrap ClassLoader:根类加载器，负责加载Java的核心类；

      2).Rxtension ClassLoader:扩展类加载器，负责加载JRE的扩展目录（%JAVA_HOME%/jre/lib/ext或由java.ext.dir系统属性指定的目录）中JAR包的类；

      3).Sytem ClassLoader:系统加载器，负责在JVM启动时加载来自java命令的-classpath选项、java.class.path系统属性，或CLASSPATH环境变量所指定的JAR包和类。路径，程序可通过ClassLoader的静态方法getSystemClassLoader()来获取系统类加载器。如没特殊指定，则用户自定义的类加载器都类加载器作为父加载器。

    1.类加载机制：

        主要由三种：

           1).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，除非显式使用另外一个类加载器来载入；

           2).父类委托：先让父类加载器试图加载该Class，只有在父类加载器无法加载时才尝试从自己的类路径中加载该类；

           3).缓存机制：将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区中搜该Class,只有当缓存区中不存在该Class对象时，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区中。

   类加载器加载Class大致为八个步骤：

      1).检测此Class是否载入过，如有则进入8否则执行2；

      2).如果父类加载器不存在，则跳4，如父加载器存在则执行3；

      3).请求使用父类加载器去载入目标类，如成功载入则跳8，否则执行5；

      4).请求使用根类加载器尝试寻找Class，如找到执行6，如找不到跳7；

      5).当前类加载器尝试寻找Class文件，如找到执行6，如找不到跳7；

      6).从文件中载入Class，成功载入跳8；

      7).抛出ClassNotFoundException异常；

      8).返回对应的java.lang.Class对象。

    2.反射：

       获取Class对象：

         1).使用Class类的forName(String className)静态方法，该方法传入的字符串参数是某个类的全限定类名；

         2).调用某个类的class属性来获取该类对应的Class对象；

         3).调用某个对象的getClass()方法。

    3.使用反射生成并操作对象：

         1).创建对象：使用Class对象的newInstance()方法来创建该Class对应类的实例；

使用Class对象获取指定的Constructor对象，在调用Constructor对象的newInstance()方法来创建Class对象的实例；

         2).调用方法：通过Class对象的getMethods()方法获取指定的方法，再用invoke方法去调用方法；

         3).访问成员变量：使用getFields()方法去获取该类所包含的全部成员变量。

    4.使用反射生成JDK动态代理：

       proxy提供用于创建动态代理类和代理对象的静态方法，它也是所有动态代理类的父类。如果在程序中为一个或多个接口动态地生成实现类，就可以使用proxy来创建动态代理类；如需要为一个多个接口动态地创建实例，也可以使用proxy来创建爱你动态代理实例。