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java的class类

除了​​int​​​等基本类型外,Java的其他类型全部都是​​class​​​(包括​​interface​​)。例如:

  • ​String​
  • ​Object​
  • ​Runnable​
  • ​Exception​
  • ...

仔细思考,我们可以得出结论:​​class​​(包括​​interface​​)的本质是数据类型(​​Type​​)。无继承关系的数据类型无法赋值:

Number n = new Double(123.456); // OK
String s = new Double(123.456); // compile error!

而​​class​​是由JVM在执行过程中动态加载的。JVM在第一次读取到一种​​class​​类型时,将其加载进内存。

每加载一种​​class​​,JVM就为其创建一个​​Class​​类型的实例,并关联起来。注意:这里的​​Class​​类型是一个名叫​​Class​​的​​class​​。它长这样:

public final class Class {
private Class() {}
}

以​​String​​类为例,当JVM加载​​String​​类时,它首先读取​​String.class​​文件到内存,然后,为​​String​​类创建一个​​Class​​实例并关联起来:

Class cls = new Class(String);

这个​​Class​​实例是JVM内部创建的,如果我们查看JDK源码,可以发现​​Class​​类的构造方法是​​private​​,只有JVM能创建​​Class​​实例,我们自己的Java程序是无法创建​​Class​​实例的。

所以,JVM持有的每个​​Class​​实例都指向一个数据类型(​​class​​或​​interface​​):

┌───────────────────────────┐
│ Class Instance │──────> String
├───────────────────────────┤
│name = "java.lang.String" │
└───────────────────────────┘
┌───────────────────────────┐
│ Class Instance │──────> Random
├───────────────────────────┤
│name = "java.util.Random" │
└───────────────────────────┘
┌───────────────────────────┐
│ Class Instance │──────> Runnable
├───────────────────────────┤
│name = "java.lang.Runnable"│
└───────────────────────────┘

一个​​Class​​实例包含了该​​class​​的所有完整信息:

┌───────────────────────────┐
│ Class Instance │──────> String
├───────────────────────────┤
│name = "java.lang.String" │
├───────────────────────────┤
│package = "java.lang" │
├───────────────────────────┤
│super = "java.lang.Object" │
├───────────────────────────┤
│interface = CharSequence...│
├───────────────────────────┤
│field = value[],hash,... │
├───────────────────────────┤
│method = indexOf()... │
└───────────────────────────┘

由于JVM为每个加载的​​class​​创建了对应的​​Class​​实例,并在实例中保存了该​​class​​的所有信息,包括类名、包名、父类、实现的接口、所有方法、字段等,因此,如果获取了某个​​Class​​实例,我们就可以通过这个​​Class​​实例获取到该实例对应的​​class​​的所有信息。

这种通过​​Class​​实例获取​​class​​信息的方法称为反射(Reflection)。

如何获取一个​​class​​的​​Class​​实例?有三个方法:

方法一:直接通过一个​​class​​的静态变量​​class​​获取:

Class cls = String.class;

方法二:如果我们有一个实例变量,可以通过该实例变量提供的​​getClass()​​方法获取:

String s = "Hello";
Class cls = s.getClass();

方法三:如果知道一个​​class​​的完整类名,可以通过静态方法​​Class.forName()​​获取:

Class cls = Class.forName("java.lang.String");

因为​​Class​​实例在JVM中是唯一的,所以,上述方法获取的​​Class​​实例是同一个实例。可以用​​==​​比较两个​​Class​​实例:

Class cls1 = String.class;

String s = "Hello";
Class cls2 = s.getClass();

boolean sameClass = cls1 == cls2; // true

注意一下​​Class​​实例比较和​​instanceof​​的差别:

Integer n = new Integer(123);

boolean b1 = n instanceof Integer; // true,因为n是Integer类型
boolean b2 = n instanceof Number; // true,因为n是Number类型的子类

boolean b3 = n.getClass() == Integer.class; // true,因为n.getClass()返回Integer.class
boolean b4 = n.getClass() == Number.class; // false,因为Integer.class!=Number.class

用​​instanceof​​不但匹配指定类型,还匹配指定类型的子类。而用​​==​​判断​​class​​实例可以精确地判断数据类型,但不能作子类型比较。

通常情况下,我们应该用​​instanceof​​判断数据类型,因为面向抽象编程的时候,我们不关心具体的子类型。只有在需要精确判断一个类型是不是某个​​class​​的时候,我们才使用​​==​​判断​​class​​实例。

因为反射的目的是为了获得某个实例的信息。因此,当我们拿到某个​​Object​​实例时,我们可以通过反射获取该​​Object​​的​​class​​信息:

void printObjectInfo(Object obj) {
Class cls = obj.getClass();
}

要从​​Class​​实例获取获取的基本信息,参考下面的代码:

// reflection

 Run

注意到数组(例如​​String[]​​)也是一种类,而且不同于​​String.class​​,它的类名是​​[Ljava.lang.String;​​。此外,JVM为每一种基本类型如​​int​​也创建了​​Class​​实例,通过​​int.class​​访问。

如果获取到了一个​​Class​​实例,我们就可以通过该​​Class​​实例来创建对应类型的实例:

// 获取String的Class实例:
Class cls = String.class;
// 创建一个String实例:
String s = (String) cls.newInstance();

上述代码相当于​​new String()​​。通过​​Class.newInstance()​​可以创建类实例,它的局限是:只能调用​​public​​的无参数构造方法。带参数的构造方法,或者非​​public​​的构造方法都无法通过​​Class.newInstance()​​被调用。

动态加载

JVM在执行Java程序的时候,并不是一次性把所有用到的class全部加载到内存,而是第一次需要用到class时才加载。例如:

// Main.java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
if (args.length > 0) {
create(args[0]);
}
}

static void create(String name) {
Person p = new Person(name);
}
}

当执行​​Main.java​​时,由于用到了​​Main​​,因此,JVM首先会把​​Main.class​​加载到内存。然而,并不会加载​​Person.class​​,除非程序执行到​​create()​​方法,JVM发现需要加载​​Person​​类时,才会首次加载​​Person.class​​。如果没有执行​​create()​​方法,那么​​Person.class​​根本就不会被加载。

这就是JVM动态加载​​class​​的特性。

动态加载​​class​​的特性对于Java程序非常重要。利用JVM动态加载​​class​​的特性,我们才能在运行期根据条件加载不同的实现类。例如,Commons Logging总是优先使用Log4j,只有当Log4j不存在时,才使用JDK的logging。利用JVM动态加载特性,大致的实现代码如下:

// Commons Logging优先使用Log4j:
LogFactory factory = null;
if (isClassPresent("org.apache.logging.log4j.Logger")) {
factory = createLog4j();
} else {
factory = createJdkLog();
}

boolean isClassPresent(String name) {
try {
Class.forName(name);
return true;
} catch (Exception e) {
return false;
}
}

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