17.Java类的生命周期与类加载器

PangHu大约 12 分钟

1、简介

Java 虚拟机为 Java 程序提供运行时环境，其中一项重要的任务就是管理类和对象的生命周期。类的生命周期从类被加载、连接、初始化开始，到类被卸载结束。当类处于生命周期中时，它的二进制数据位于方法区内，在方法区还会有一个相应的描述这个类的Class对象，只有当类处于生命周期中时，Java程序才能使用它，比如调用类的静态属性和方法，或者创建类的实例。ClassLoader只负责class文件的加载，而是否能够运行则由 Execution Engine 来决定。

2、一个类被加载到内存并供我们使用, 需要经历如下三个阶段：

加载： 查找并加载类的二进制数据（把类的 .class文件读取到内存中），把他存放到运行时数据区的方法区内。所有的类都是在对其第一次使用时，动态加载到JVM中的（懒加载）。加载时机：当程序创建第一个对类的静态成员的引用时，就会加载这个类。使用new创建类对象的时候也会被当作对类的静态成员的引用。因此java程序程序在它开始运行之前并非被完全加载，其各个类都是在必需时才加载的。
连接： 包括验证（确保被加载的类的正确性）、准备（为类的静态变量分配内存，并将其初始化, 并且如果必需的话，将常量池中的符号引用转化为直接引用。）和 解析类（把类中的符号引用转换成直接引用）的二进制数据。
初始化： 每个类或接口被 java 程序主动使用的时候才会初始化, 用于执行该类的静态初始器和静态初始块。如果类存在直接的父类，并且父类还没有被初始化，那就先初始化父类。

3、类的初始化时机

创建类的实例。
调用类的静态方法。
访问某个类或接口的静态变量，或者对静态变量赋值。
调用Java API中某些反射方法，比如：Class.forName("Test")。（调用ClassLoader类的loadClass（）方法加载一个类不会导致初始化。）
初始化一个类的子类。

4、类加载器

类加载器用来把类加载到Java 虚拟机中。从JDK1.2开始，类的加载采用父亲委托机制，这种机制能更好的保证Java平台的安全。除了Java 虚拟机自带的根类加载器外（没有父加载器），其余的类加载器都只有一个父类加载器，当Java 程序请求load1去加载Sample 类时， load1首先委托父加载器去加载，若父加载器能加载，则由父加载器加载，否则由load1本身去加载。

Java 虚拟机自带的几种类加载器：

根（Bootstrap）类加载器： 加载虚拟机的核心类库，如 java.lang.*。由虚拟机实现，没有继承 java.lang.ClassLoader类。
扩展（Extension）类加载器: 它的父加载器是根类加载器。它负责从： java.ext.dirs 系统属性所指定的类库或从 JDK安装的目录：jre\lib\ext子目录下加载类库。如果把用户创建的Jar文件放在这个目录下，也会自动有扩展类加载器加载。扩展类加载器是纯Java类加载器，是java.lang.ClassLoader的子类。
系统（System）类加载器: 也称为应用类加载器，它的父加载器是扩展类加载器。它从环境变量 classpass 或系统属性：java.class.path 所制定的目录中加载类。他是用户自定义类加载器的默认父加载器，系统类加载器是纯Java类，是java.lang.ClassLoader的子类。

5、类的卸载

当 Sample类被加载、连接和初始化后，它的生命周期就开始了，当代表Sample类的 Class 对象不再被引用时，即不可触及， Class对象的生命周期就会结束。Sample类在方法区的数据也会被卸载。从而结束Sample 类的生命周期。前面介绍的 Java 虚拟机自带的类加载器所加载的类，在虚拟机的生命周期中始终不会被卸载。Java 虚拟机会始终引用这些类加载器，而这些类加载会始终引用它们所加载的类的Class对象，因此这些类始终是可及的。

6、java.lang.Class 类对象

每一个类都有一个Class对象，每当编译一个新类就产生一个Class对象（Class对象对应着java.lang.Class类），基本类型 (boolean, byte, char, short, int, long, float, and double)有Class对象，数组有Class对象，就连关键字void也有Class对象（void.class）。每个类的实例运行时的类信息就是用Class对象表示的。它包含了与类有关的信息。其实我们的实例对象就通过Class对象来创建的。 Class类没有公共的构造方法，Class对象是在类加载的时候由Java虚拟机通过调用类加载器中的 defineClass 方法自动构造的，因此不能显式地声明一个Class对象。

一个类的实例总是引用代表这个类的 Class 对象，在 Object 类中定义了 getClass（）方法，这个方法返回代表对象所属类的Class对象的引用。此外所有的Java类都有一个静态属性 class, 它引用代表这个类的class对象。

6.2、获取Class对象的三种方式：

1、Class.forName(“类的全限定名”)。
2、实例对象.getClass()。
3、类名.class （类字面常量）。

但是在包装类中有个一个字段TYPE，TYPE字段是一个引用，指向对应的基本数据类型的Class对象，如下所示，左右两边相互等价：

int.class.equals(Integer.TYPE)
boolean.class.equals(Boolean.TYPE)

例如：

 // c1 引用代表Study类的Class对象
Class c1 = Study.class; 

// c2 引用代表Study类的Class对象
Class c2 = new Study().getClass() 

//  c3 引用代表Study类的Class对象
 Class c3 = Class.forName("com.dw.study.Study")

c1= c2 = c3 = true

一旦类被加载了到了内存中，那么不论通过哪种方式获得该类的Class对象，它们返回的都是指向同一个java堆地址上的Class引用。jvm不会创建两个相同类型的Class对象。但是对于任意一个Class对象，都需要由它的类加载器和这个类本身一同确定其在就Java虚拟机中的唯一性，也就是说，即使两个Class对象来源于同一个Class文件，只要加载它们的类加载器不同，那这两个Class对象就必定不相等。这里的“相等”包括了代表类的Class对象的equals（）、isAssignableFrom（）、isInstance（）等方法的返回结果，也包括了使用instanceof关键字对对象所属关系的判定结果。所以在java虚拟机中使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，来保证Class对象的唯一性。

6.3、获取Class对象的三种方式的区别：

类名.class 来创建对Class对象的引用时，不会自动地初始化该Class对象，但是如果使用Class.forName() 来产生引用，就会立即进行了初始化。如果是实例对象的引用（c2）, Class 已经被初始化，则直接获取Class对象的引用。

测试如下：

 public class A {
        // 同时被static 与 final 修饰的成员在类被编译时，就已经被初始化，放入常量池
        static final String s1 = "A_s1";
        static  String s2 = "A_s2";
        static {
            System.out.println("Loading A");
        }
    }

    public class B {
        static String s1 = "B_s1";
        static {
            System.out.println("Loading B");
        }
    }

    public class ClassTest {

        public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
            System.out.println("-------Star A-------");
            Class a = A.class;
            System.out.println("------------");
            System.out.println(A.s1);
            System.out.println("------------");
            System.out.println(A.s2);
            System.out.println("------start B------");
            Class cat = Class.forName("com.example.classReflec.B");
            System.out.println("--------------------");
            System.out.println(B.s1);
            System.out.println("finish main");
        }
    }

打印结果如下：

如果一个字段同时被static和final修饰，我们称为”编译时常量“，就像A类中的A_s1字段那样，那么在调用这个字段的时候是不会对A类进行初始化的。因为被static和final修饰的字段，在编译期就把结果放入了常量池中了。但是，如果只是将一个域设置为 static 或 final 的，还不足以确保这种行为，就如调用B的B_s1字段后，会强制B进行类的初始化，因为B_s1字段不是一个编译时常量。

7、泛型Class引用

Class引用表示的就是它所指向的对象的确切类型，而该对象便是Class类的一个对象。在JavaSE5中，允许你对Class引用所指向的Class对象的类型进行限定，也就是说你可以对Class对象使用泛型语法。通过泛型语法，可以让编译器强制指向额外的类型检查：

public final class Class<T> implements java.io.Serializable,
                              GenericDeclaration,
                              Type,
                              AnnotatedElement {}

**7.1、**虽然int.class和Integer.class指向的不是同一个Class对象引用，但是它们是基本类型和包装类的关系，int可以自动包装为Integer，所以编译器可以编译通过。

Class<Integer> c1 = int.class;
   c1=Integer.class;
   //c1=Double.class; 编译报错

**7.2、**泛型中的类型可以持有其子类的引用吗？不行：虽然Integer继承自Number，但是编译器无法编译通过。

Class<Number> c1 = Integer.class;  //编译报错

**7.3、**为了使用泛化的Class引用放松限制，我们还可以使用通配符，它是Java泛型的一部分。通配符的符合是”?“，表示“任何事物“：

// ？ 表示所有类型Class<?> c1 = int.class;
  c1= double.class;
// 被限定为该类型，或者该类型的子类型
Class<? extends Number> c1 = Integer.class;
        c1 = Number.class;
        c1 = Double.class;
        // c1=String.class; 报错，不属于Number类和其子类

**7.4、**通配符?不仅可以与extend结合，而且还可以与super关键字相结合，表示被限定为某种类型，或该类型的任何父类型：

 Class<? super Integer> c1 = Integer.class;
        c1 = Number.class;
        c1 = Object.class;
        c1=Integer.class.getSuperclass();

8、Class类的方法

getName()：返回String形式的该类的名称。
getSimpleName()：返回源代码中给出的底层类的简称
getPackage()：返回该类的包，如果存档或基本代码中没有可用的包信息，则返回 null。
forName(): 返回与带有给定字符串名的类或接口相关联的 Class 对象。
forName(String name, boolean initialize,ClassLoader loader)：上一个方法的重载方法，可以指定类名称、加载时是否运行静态区块、指定类加载器。
newInstance() ：创建此 Class 对象所表示的类的一个新实例。如同用一个带有一个空参数列表的 new 表达式实例化该类。如果该类尚未初始化，则初始化这个类。
getClassLoader()：返回该Class对象对应的类的类加载器。
getSuperClass()：返回某子类所对应的直接父类所对应的Class对象。
getModifiers()：获取修饰符，表示该类修饰符的 int值。可以通过Modifier.toString（）转成字符串形式。
getComponentType() ：如果当前类表示一个数组，则返回表示该数组组件的 Class 对象，否则返回 null。
getConstructor(Class[]) :返回当前 Class 对象表示的类的指定的公有构造子对象。
getConstructors() :返回当前 Class 对象表示的类的所有公有构造子对象数组。
getDeclaredConstructor(Class[]) :返回当前 Class 对象表示的类的指定已说明的一个构造子对象。
getDeclaredConstructors() :返回当前 Class 对象表示的类的所有已说明的构造子对象数组。
getDeclaredField(String) :返回一个 Field 对象，该对象反映此 Class 对象所表示的类或接口的指定已声明字段。name参数是一个String，它指定所需字段的简称。注意，此方法不反映数组类的 length 字段。
getDeclaredFields() :返回 Field 对象的一个数组，这些对象反映此 Class 对象所表示的类或接口所声明的所有字段。包括公共、保护、默认（包）访问和私有字段，但不包括继承的字段。
getDeclaredMethod(String, Class[]) :返回一个 Method 对象，该对象反映此 Class 对象所表示的类或接口的指定已声明方法。name 参数是一个 String，它指定所需方法的简称，parameterTypes 参数是 Class 对象的一个数组，它按声明顺序标识该方法的形参类型。如果在某个类中声明了带有相同参数类型的多个方法，并且其中有一个方法的返回类型比其他方法的返回类型都特殊，则返回该方法；否则将从中任选一个方法。
getDeclaredMethods() : 返回 Method 对象的一个数组，这些对象反映此 Class对象表示的类或接口声明的所有方法，包括公共、保护、默认（包）访问和私有方法，但不包括继承的方法。返回数组中的元素没有排序，也没有任何特定的顺序。如果该类或接口不声明任何方法，或者此 Class 对象表示一个基本类型、一个数组类或 void，则此方法返回一个长度为 0 的数组。
getField(String) :返回当前 Class 对象表示的类或接口的指定的公有成员域对象。
getFields() :返回当前 Class 对象表示的类或接口的所有可访问的公有域对象数组。
getInterfaces() :返回当前对象表示的类或接口实现的接口。
getMethod(String, Class[]) :返回当前 Class 对象表示的类或接口的指定的公有成员方法对象。
getMethods() :返回当前 Class 对象表示的类或接口的所有公有成员方法对象数组，包括已声明的和从父类继承的方法。
isInstance(Object) :此方法是 Java 语言 instanceof 操作的动态等价方法。
isAssignableFrom(): 确定此Class对象表示的类或接口是否与指定参数表示的类或接口相同，或者是该Class类或接口的超类或超接口。如果是A.isAssignableFrom(B) 确定一个类(B)是不是继承来自于另一个父类(A)，一个类(A)是不是实现了另外一个接口(B)，或者两个类相同。
isAnnotation(): 判定此Class对象所对应的是否是一个注释对象
isArray()：判定此Class对象所对应的是否是一个数组对象
isInterface() :判定指定的 Class 对象是否表示一个接口类型
isPrimitive() :判定指定的 Class 对象是否表示一个 Java 的基本类型。

17.Java类的生命周期 与 类加载器

17.Java类的生命周期与类加载器