本文介绍了 Java 的类加载与反射机制，概括了获得 Class 对象的几种方式，以及总结了反射获取类信息的方法。

类加载机制

概述

class 文件由类装载器装载后，在 JVM 中将形成一份描述 Class 结构的元信息对象，通过该元信息对象可以获知 Class 的结构信息：如构造函数，属性和方法等，Java 允许用户借由这个 Class 相关的元信息对象间接调用 Class 对象的功能。

虚拟机把描述类的数据从 class 文件加载到内存，并对数据进行校验，转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型，这就是虚拟机的类加载机制。

类加载器

ClassLoader ：Java 中的一个抽象类，位于 java.lang 包中，用于实现类的加载机制。

在 Java 中，有三种主要的类加载器：

  1. Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）： 这是 Java 虚拟机（JVM）自身的一部分，负责加载 Java 的核心类库，如 java.lang 等。它是用本地代码实现的，无法直接在 Java 代码中访问。
  2. Extension ClassLoader（扩展类加载器）： 这个类加载器负责加载 Java 的扩展库，位于 $JAVA_HOME/lib/ext 目录下的 JAR 文件中的类。它是由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 类实现的。
  3. System ClassLoader 或 Application ClassLoader（系统类加载器或应用程序类加载器）： 这个类加载器负责加载应用程序的类路径（Classpath）中指定的类，包括用户自定义的类。它是由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 类实现的。

类的生命周期

类从被加载到虚拟机内存中开始到卸载出内存为止，它的整个生命周期可以简单概括为 7 个阶段：：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）。其中，验证、准备和解析这三个阶段可以统称为连接（Linking）。

这 7 个阶段的顺序为：

加载 -> 验证 -> 准备 -> 解析 -> 初始化 -> 使用 -> 卸载

其中，类加载过程包含上述从加载到初始化的五个阶段，即：

加载 -> 验证 -> 准备 -> 解析 -> 初始化

有时候也将验证，准备，解析三个阶段看作一个阶段，叫连接阶段，所以类加载过程又可以描述为：

加载 -> 连接 -> 初始化

获得 Class 对象的四种方式

比如现在有一个类 com.newer.test.Student ，获取该类的 class 对象有以下四种方式：

  1. 通过类名.class
1
Class c1 = Student.class;
  1. 通过对象的 getClass() 方法，stu 是 Student 类的对象
1
Class c2 = stu.getClass();
  1. 通过类加载器获得 class 对象
1
2
ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
Class c3 = classLoader.loadClass("com.newer.test.Student");

值得注意的是，通过类加载器获得 class 对象的这段代码只会经过类加载的五个阶段中的前四个阶段，而不会经过初始化阶段。而类中的静态代码块是在类加载过程中的初始化阶段执行的，所以如果想通过这种方式让类中的静态代码块执行，即触发类的初始化，可以补充以下代码：

1
c3.newInstance();
  1. 通过 Class.forName() 获得 Class 对象
1
Class c4 =  Class.forName("com.newer.test.Student");

反射机制

概述

反射（Reflection） 是 Java 程序开发语言的特征之一，它允许运行中的 Java 程序对自身进行检查，或者说“自审”，并能直接操作程序的内部属性和方法。

通过反射调用方法的流程

反射调用一般分为 3 个步骤：

  • 得到要调用类的 Class 对象
  • 得到要调用的类的方法（Method）
  • 方法调用（invoke）

代码示例：

  1. 加载 “com.newer.test.Student” 类，并返回对应的 Class 对象：
1
Class cls = Class.forName("com.newer.test.Student");
  1. 获取名为 “hi”、参数类型为 int 和 String 的方法，并返回对应的 Method 对象：
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Method m = cls.getDeclaredMethod("hi",new Class[]{int.class,String.class});
  1. 调用之前获取到的方法：
1
m.invoke(cls.newInstance(),18,"zhangsan");

invoke() 方法接收两个参数，第一个参数是要调用方法的对象实例，第二个参数是方法的参数列表。

cls.newInstance() 创建了一个 com.newer.test.Student 的实例，然后调用该实例的 “hi” 方法，传递了参数 18 和 “zhangsan”。

反射获取类的信息

获取类构造器
  • Connstructor<T> getConstructor(Class<?>...parameterTypes)：返回此 Class 对象对应类的带指定形参的 public 构造方法
  • Constructor<?>[] getConstructors()：返回此 Class 对象对应类的所有 public 构造方法
  • Constructor<T>[] getDeclaredConstructor(Class<?>...parameterTypes)：返回此 Class 对象对应类的带指定参数的构造方法，所有声明的构造方法均可访问。
  • Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()：返回此 Class 对象对应类的所有声明的构造方法
获取类成员方法
  • Method getMethod(String name,Class<?>...parameterTypes)：返回此 Class 对象对应类的带指定形参的 public 方法
  • Method[] getMethods()：返回此 Class 对象对应类的所有 public 方法
  • Method getDeclaredMethod(string name,Class<?>...parameterTypes)：返回此 Class 对象对应类的带指定形参的方法
  • Method[] getDeclaredMethods():返回此 Class 对象对应类的全部方法
获取类成员变量
  • Field getField(String name)：返回此 Class 对象对应类的指定名称的 public 成员变量
  • Field[] getFields()：返回此 Class 对象对应类的所有 public 成员变量
  • Field getDeclaredField(String name)：返回此 Class 对象对应类的指定名称的成员变量，与成员变量访问权限无关
  • Field[] getDeclaredFields()：返回此 Class 对象对应类的全部成员变量，与成员变量的访问权限无关
获取类注解
  • <A extends Annotation>A getAnnotation(Class<A>annotationClass)：尝试获取该 Class 对象对应类上的指定类型的 Annotation ，如果该类型注解不存在，则返回 null
  • <A extends Annotation>A getDeclaredAnnotation(Class<A>annotationClass)：这是 Java 8 中新增的，该方法获取直接修饰该 Class 对象对应类的指定类型的 Annotation ，如果不存在，则返回 null
  • Annotation[] getAnnotations()：返回修饰该 Class 对象对应类上存在的所有 Annotation ，包括从父类继承而来的注解，但是不能获取到私有方法或字段上的注解
  • Annotation[] getDeclaredAnnotations()：返回修饰该 Class 对象对应类上存在的所有 Annotation ，不包括从父类继承的注解，可以获取到私有方法或字段上的注解
  • <A extends Annotation>A[] getAnnotationByType(Class<A>annotationClass)：该方法的功能与前面介绍的 getAnnotation() 方法基本相似，但由于 Java8 增加了重复注解功能，因此需要使用该方法获取修饰该类的指定类型的多个 Annotation
  • <A extends Annotation>A[] getDeclaredAnnotationByType(Class<A>annotationClass)：该方法的功能与前面介绍的 getDeclaredAnnotations() 方法相似，也是因为 Java8 的重复注解的功能，需要使用该方法获取直接修饰该类的指定类型的多个 Annotation
获取该类内部类
  • Class<?>[] getDeclaredClasses()：返回该 Class 队形对应类里包含的全部内部类
获取该类对象所在的外部类
  • Class<?> getDeclaringClass()：返回该 Class 对象对应类所在的外部类
获取该类对象对应类所实现的接口
  • Class<?>[] getInterfaces()：返回该 Class 对象对应类所实现的全部接口
获取该类对象对应类所继承的父类
  • Class<? super T> getSuperclass()：返回该 Class 对象对应类的超类的 Class 对象
获取该类对象对应类的修饰符、所在包、类名等基本信息
  • int getModifiers()：返回此类或接口的所有修饰符，修饰符由 public 、protected 、private 、final 、static 、abstract 等对应的常量组成，返回的整数应使用 Modifier 工具类的方法来解码，才可以获取真的修饰符
  • Package getPackage()：获取该类的包
  • String getName()：以字符串形式返回此 Class 对象所表示的类的简称