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反射必杀技：深入了解Class类，让你一通百通-创新互联

1. Class 类的原理

孟子曰：得人心者得天下。而在 Java 中，这个「人心」就是 Class 类，获取到 Class类我们就可以为所欲为之为所欲为。下面让我们深入「人心」，去探索 Class 类的原理。

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首先了解 JVM 如何构建实例。

1.1 JVM 构建实例

JVM：Java Virtual Machine，Java 虚拟机。在 JVM中分为栈、堆、方法区等，但这些都是 JVM内存，文中所描述的内存指的就是 JVM内存。.class文件是字节码文件，是通过 .java文件编译得来的。

知道上面这些内容，我们开始创建实例。我们以创建 Person 对象举例：

Person p = new Person()

简简单单通过 new就创建了对象，那流程是什么样的呢？见下图

反射必杀技：深入了解Class类，让你一通百通

这也太粗糙了一些，那在精致一下吧。

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同志们发现没有，其实这里还是有些区别的，我告诉你区别是下面的字比上面多，你会打我不（别打我脸）。

粗糙的那个是通过 new创建的对象，而精致的是通过 ClassLoader操作 .class文件生成 Class类，然后创建的对象。

其实通过 new或者反射创建实例，都需要 Class对象。

1.2 .class 文件

.class文件在文章开头讲过，是字节码文件。.java是源程序。Java 程序是跨平台的，一次编译到处执行，而编译就是从源文件转换成字节码文件。

字节码无非就是由 0 和 1 构成的文件。

有如下一个类：

反射必杀技：深入了解Class类，让你一通百通

通过 vim 查看一下字节码文件：

反射必杀技：深入了解Class类，让你一通百通

这啥玩意，看不懂。咱也不需要看懂，反正 JVM对 .class文件有它自己的读取规则。

1.3 类加载器

还记得上面的精致图中，我们知道是通过类加载器把 .class文件加载到内存中。具体的类加载器内容，我会另写一篇文章讲解（写完链接会更新到这里）。但是核心方法就是 loadClass()，只需要告诉它要加载的 name，它就会帮你加载：

protected Class loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 1.检查类是否已经加载
        Class c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                // 2.尚未加载，遵循父优先的等级加载机制(双亲委派机制)
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            if (c == null) {
                // 3.如果还没有加载成功，调用 findClass()
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);

                // this is the defining class loader; record the stats
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

// 需要重写该方法，默认就是抛出异常
protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

类加载器加载 .class文件主要分位三个步骤

  1. 检查类是否已经加载，如果有就直接返回
  2. 当前不存在该类，遵循双亲委派机制，加载 .class文件
  3. 上面两步都失败，调用 findClass()

因为 ClassLoader 的 findClass 方法默认抛出异常，需要我们写一个子类重新覆盖它，比如：

@Override
    protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            // 通过IO流从指定位置读取xxx.class文件得到字节数组
            byte[] datas = getClassData(name);
            if (null == datas){
                throw new ClassNotFoundException("类没有找到：" + name);
            }
            // 调用类加载器本身的defineClass()方法，由字节码得到 class 对象
            return defineClass(name, datas, 0, datas.length);
        }catch (IOException e){
            throw new ClassNotFoundException("类没有找到：" + name);
        }
    }

    private byte[] getClassData(String name) {
        return byte[] datas;
    }

defineClass 是通过字节码获取 Class 的方法，是 ClassLoader 定义的。我们具体不知道如何实现的，因为最终会调用一个 native 方法：

private native Class defineClass0(String name, byte[] b, int off, int len,
                                         ProtectionDomain pd);

    private native Class defineClass1(String name, byte[] b, int off, int len,
                                         ProtectionDomain pd, String source);

    private native Class defineClass2(String name, java.nio.ByteBuffer b,
                                         int off, int len, ProtectionDomain pd,
                                         String source);

总结下类加载器加载 .class文件的步骤：

  • 通过 ClassLoader类中 loadClass() 方法获取 Class
  • 从缓存中查找，直接返回
  • 缓存中不存在，通过双亲委派机制加载
  • 上面两步都失败，调用 findClass()
    • 通过 IO 流从指定位置获取到 .class文件得到字节数组
    • 调用类加载器 defineClass() 方法，由字节数组得到 Class对象

1.4 Class 类

.class文件已经被类加载器加载到内存中并生成字节数组，JVM根据字节数组创建了对应的 Class对象。

接下来我们来分析下 Class对象。

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我们知道 Java 的对象会有下面的信息：

  1. 权限修饰符
  2. 类名和泛型信息
  3. 接口
  4. 实体
  5. 注解
  6. 构造函数
  7. 方法

这些信息在 .class文件以 0101 表示，最后 JVM 会把 .class文件的信息通过它的方式保存到 Class中。

在 Class中肯定有保存这些信息的字段，我们来看一下：

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Class类中用 ReflectionData里面的字段来与 .class的内容映射，分别映射了字段、方法、构造器和接口。

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通过 annotaionData映射了注解数据，其它的就不展示了，大家可以自行打开 IDEA查看下 Class的源码。

那我们看看 Class类的方法

1.4.1 构造器

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Class类的构造器是私有的，只能通过 JVM创建 Class对象。所以就有了上面通过类加载器获取 Class对象的过程。

1.4.2 Class.forName

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Class.forName()方法还是通过类加载器获取 Class对象。

1.4.3 newInstance

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newInstance()的底层是返回无参构造函数。

2. 总结

我们来梳理下前面的知识点：

反射的关键点就是获取 Class类，那系统是如何获取到 Class类？

是通过类加载器 ClassLoader将 .class文件通过字节数组的方式加载到 JVM中，JVM将字节数组转换成 Class对象。那类加载器是如何加载的呢？

  • 通过 ClassLoader的 loadClass()方法
  • 从缓存中查找，直接返回
  • 缓存中不存在，通过双亲委派机制加载
  • 上面两步都失败，调用 findClass()
    • 通过 IO 流从指定位置获取到 .class文件得到字节数组
    • 调用类加载器 defineClass() 方法，由字节数组得到 Class对象

Class类的构造器是私有的，所以需要通过 JVM获取 Class。

Class.forName()也是通过类加载器获取的 Class对象。newInstance方法的底层也是返回的无参构造函数。

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