一、java的核心機(jī)制

java有兩種核心機(jī)制:java虛擬機(jī)(JavaVirtual Machine)與垃圾收集機(jī)制(Garbage collection)：

1、Java虛擬機(jī)：是運行所有Java程序的抽象計算機(jī)，是Java語言的運行環(huán)境，在其上面運行Java代碼編譯后的字節(jié)碼程序，java虛擬機(jī)實現(xiàn)了平臺無關(guān)性。

2、Java垃圾回收（Garbage Collection）：自動釋放不用對象內(nèi)存空間，在java程序運行過程中自動進(jìn)行，垃圾收集機(jī)制可大大縮短編程時間，保護(hù)程序的完整性，是Java語言安全性策略的一個重要部份。

二、java虛擬機(jī)及其結(jié)構(gòu)

java垃圾回收不需要程序員手動操作，我們經(jīng)常需要關(guān)注的是java虛擬機(jī)，java虛擬機(jī)承載著程序從源碼到運行的全部工作。

Java虛擬機(jī)是可運行Java代碼的假想計算機(jī)，有自己想象中的硬件，如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應(yīng)的指令系統(tǒng)，可以執(zhí)行 Java 的字節(jié)碼程序。Java語言的一個非常重要的特點就是與平臺的無關(guān)性。而使用Java虛擬機(jī)是實現(xiàn)這一特點的關(guān)鍵。Java語言使用模式Java虛擬機(jī)屏蔽了與具體平臺相關(guān)的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運行的目標(biāo)代碼（字節(jié)碼），就可以在多種平臺上不加修改地運行。Java虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼時，把字節(jié)碼解釋成具體平臺上的機(jī)器指令執(zhí)行。

對于 JVM 的基本結(jié)構(gòu)，我們可以從下圖可以大致了解：

三、程序的運行過程

從源文件創(chuàng)建到程序運行，Java程序要經(jīng)過兩大步驟：編譯，運行；1、源文件由編譯器編譯成字節(jié)碼（ByteCode） 2、字節(jié)碼由java虛擬機(jī)解釋運行。

1、 第一步(編譯): 創(chuàng)建完源文件之后，程序會被編譯器編譯為.class文件。Java編譯一個類時，如果這個類所依賴的類還沒有被編譯，編譯器就會先編譯這個被依賴的類，然后引用，否則直接引用。。編譯后的字節(jié)碼文件格式主要分為兩部分：常量池和方法字節(jié)碼。

2、第二步（運行）：java類運行的過程大概可分為兩個過程：1、類的加載 2、執(zhí)行。

四、類的加載

類加載過程

java程序經(jīng)過編譯后形成.class文件。通過類加載器將字節(jié)碼(.class)加載入JVM的內(nèi)存中。JVM將類加載過程分成加載，連接，初始化三個階段，其中連接階段又可分為驗證，準(zhǔn)備，解析三個階段。

JVM 的類加載是通過 ClassLoader 及其子類來完成的，類的層次關(guān)系和加載順序可以由下圖來描述：

1、Bootstrap ClassLoader啟動類加載器

負(fù)責(zé)加載$JAVA_HOME中jre/lib/里所有的 class(JDK 代表 JDK 的安裝目錄，下同)，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且能被虛擬機(jī)識別的類庫（如 rt.jar，所有的java.*開頭的類均被 Bootstrap ClassLoader 加載）。啟動類加載器由 C++ 實現(xiàn)，不是 ClassLoader 子類。無法被 Java 程序直接引用的。

2、Extension ClassLoader擴(kuò)展類加載器

該加載器由sun.misc.LauncherExtClassLoader實現(xiàn)，負(fù)責(zé)加載Java平臺中擴(kuò)展功能的一些jar包，包括ExtClassLoader實現(xiàn)，負(fù)責(zé)加載Java平臺中擴(kuò)展功能的一些jar包，包括JAVA_HOME中jre/lib/.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的 jar 包。即JDKjrelibext目錄中，或者由 java.ext.dirs 系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.開頭的類），開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器

3、App ClassLoader應(yīng)用程序類加載器

該類加載器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 來實現(xiàn)，負(fù)責(zé)記載 classpath 中指定的 jar 包及目錄中 class，開發(fā)者可以直接使用該類加載器，如果應(yīng)用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個就是程序中默認(rèn)的類加載器。

啟動類加載器：它使用 C++ 實現(xiàn)（這里僅限于 Hotspot，也就是 JDK1.5 之后默認(rèn)的虛擬機(jī)，有很多其他的虛擬機(jī)是用 Java 語言實現(xiàn)的），是虛擬機(jī)自身的一部分。

所有其他的類加載器：這些類加載器都由 Java 語言實現(xiàn)，獨立于虛擬機(jī)之外，并且全部繼承自抽象類 java.lang.ClassLoader，這些類加載器需要由啟動類加載器加載到內(nèi)存中之后才能去加載其他的類。

應(yīng)用程序都是由這三種類加載器互相配合進(jìn)行加載的，我們還可以加入自定義的類加載器。

加載

加載時類加載過程的第一個階段，在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情：

1、通過一個類的全限定名來獲取其定義的二進(jìn)制字節(jié)流。

2、將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3、在 Java 堆中生成一個代表這個類的 java.lang.Class 對象，作為對方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問入口。

注意，這里第 1 條中的二進(jìn)制字節(jié)流并不只是單純地從 Class 文件中獲取，比如它還可以從 Jar 包中獲取、從網(wǎng)絡(luò)中獲?。ㄗ畹湫偷膽?yīng)用便是 Applet）、由其他文件生成（JSP 應(yīng)用）等。

相對于類加載的其他階段而言，加載階段（準(zhǔn)確地說，是加載階段獲取類的二進(jìn)制字節(jié)流的動作）是可控性最強(qiáng)的階段，因為開發(fā)人員既可以使用系統(tǒng)提供的類加載器來完成加載，也可以自定義自己的類加載器來完成加載。

（JVM主要在程序第一次主動使用類的時候，才會去加載該類。也就是說，JVM并不是在一開始就把一個程序就所有的類都加載到內(nèi)存中，而是到用的時候才把它加載進(jìn)來，而且只加載一次。）

加載過程中會先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從 Custom ClassLoader 到 BootStrap ClassLoader 逐層檢查，只要某個 Classloader 已加載就視為已加載此類，保證此類只所有 ClassLoade r加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來逐層嘗試加載此類。

這幾種類加載器的層次關(guān)系如下圖所示：

這種層次關(guān)系稱為類加載器的雙親委派模型。雙親委派模型的工作流程是：

如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把請求委托給父加載器去完成，依次向上，因此，所有的類加載請求最終都應(yīng)該被傳遞到頂層的啟動類加載器中，只有當(dāng)父加載器在它的搜索范圍中沒有找到所需的類時，即無法完成該加載，子加載器才會嘗試自己去加載該類。

驗證

驗證的目的是為了確保 Class 文件中的字節(jié)流包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，而且不會危害虛擬機(jī)自身的安全。不同的虛擬機(jī)對類驗證的實現(xiàn)可能會有所不同，但大致都會完成以下四個階段的驗證：文件格式的驗證、元數(shù)據(jù)的驗證、字節(jié)碼驗證和符號引用驗證。

準(zhǔn)備

準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中分配。對于該階段有以下幾點需要注意：

1、這時候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包括類變量（static），而不包括實例變量，實例變量會在對象實例化時隨著對象一塊分配在 Java 堆中。

2、這里所設(shè)置的初始值通常情況下是數(shù)據(jù)類型默認(rèn)的零值（如 0、0L、null、false 等），而不是被在 Java 代碼中被顯式地賦予的值。

解析

解析階段是虛擬機(jī)將常量池中的符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用的過程。

解析動作主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法四類符號引用進(jìn)行，分別對應(yīng)于常量池中的 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info 四種常量類型。

1、類或接口的解析：判斷所要轉(zhuǎn)化成的直接引用是對數(shù)組類型，還是普通的對象類型的引用，從而進(jìn)行不同的解析。

2、字段解析：對字段進(jìn)行解析時，會先在本類中查找是否包含有簡單名稱和字段描述符都與目標(biāo)相匹配的字段，如果有，則查找結(jié)束；如果沒有，則會按照繼承關(guān)系從上往下遞歸搜索該類所實現(xiàn)的各個接口和它們的父接口，還沒有，則按照繼承關(guān)系從上往下遞歸搜索其父類，直至查找結(jié)束。

初始化

類初始化是類加載過程的最后一個階段，到初始化階段，才真正開始執(zhí)行類中的 Java 程序代碼。虛擬機(jī)規(guī)范嚴(yán)格規(guī)定了有且只有四種情況必須立即對類進(jìn)行初始化：

1、 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 這四條字節(jié)碼指令時，如果類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。生成這四條指令最常見的 Java 代碼場景是：使用 new 關(guān)鍵字實例化對象時、讀取或設(shè)置一個類的靜態(tài)字段（static）時（被 static 修飾又被 final 修飾的，已在編譯期把結(jié)果放入常量池的靜態(tài)字段除外）、以及調(diào)用一個類的靜態(tài)方法時。

2、 使用 Java.lang.refect 包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用時，如果類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。

3、當(dāng)初始化一個類的時候，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行初始化，則需要先觸發(fā)其父類的初始化。

4、當(dāng)虛擬機(jī)啟動時，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類，虛擬機(jī)會先執(zhí)行該主類。

虛擬機(jī)規(guī)定只有這四種情況才會觸發(fā)類的初始化，稱為對一個類進(jìn)行主動引用，除此之外所有引用類的方式都不會觸發(fā)其初始化，稱為被動引用。

五、靜態(tài)加載和動態(tài)加載

Java初始化一個類的時候可以用new 操作符來初始化,也可通過Class.forName的方式來得到一個Class類型的實例,然后通過這個Class類型的實例的newInstance來初始化.我們把前者叫做JAVA的靜態(tài)加載,把后者叫做動態(tài)加載.。

有時候我們說某個語言具有很強(qiáng)的動態(tài)性，有時候我們會區(qū)分動態(tài)和靜態(tài)的不同技術(shù)與作法。我們朗朗上口動態(tài)綁定（dynamic binding）、動態(tài)鏈接（dynamic linking）、動態(tài)加載（dynamic loading）等。然而“動態(tài)”一詞其實沒有絕對而普遍適用的嚴(yán)格定義，有時候甚至像面向?qū)ο螽?dāng)初被導(dǎo)入編程領(lǐng)域一樣，一人一把號，各吹各的調(diào)。

一般而言，開發(fā)者社群說到動態(tài)語言，大致認(rèn)同的一個定義是：“程序運行時，允許改變程序結(jié)構(gòu)或變量類型，這種語言稱為動態(tài)語言”。從這個觀點看，Perl，Python，Ruby是動態(tài)語言，C++，Java，C#不是動態(tài)語言。

盡管在這樣的定義與分類下Java不是動態(tài)語言，它卻有著一個非常突出的動態(tài)相關(guān)機(jī)制：Reflection。Java程序可以加載一個運行時才得知名稱的class，獲悉其完整構(gòu)造（但不包括methods定義），并生成其對象實體、或?qū)ζ鋐ields設(shè)值、或喚起其methods。

1、靜態(tài)加載的時候如果在運行環(huán)境中找不到要初始化的類,拋出的是NoClassDefFoundError,它在JAVA的異常體系中是一個Error.

2、動態(tài)態(tài)加載的時候如果在運行環(huán)境中找不到要初始化的類,拋出的是ClassNotFoundException,它在JAVA的異常體系中是一個checked異常,在寫代碼的時候就需要catch.

六、反射

JAVA反射機(jī)制：

在運行狀態(tài)中，對于任意一個類，都能夠知道這個類的所有屬性和方法；對于任意一個對象，都能夠調(diào)用它的任意一個方法和屬性；這種動態(tài)獲取的信息以及動態(tài)調(diào)用對象的方法的功能稱為java語言的反射機(jī)制。

Java反射機(jī)制主要提供了以下功能：

在運行時判斷任意一個對象所屬的類；在運行時構(gòu)造任意一個類的對象；在運行時判斷任意一個類所具有的成員變量和方法；在運行時調(diào)用任意一個對象的方法；生成動態(tài)代理。

Java有個Object 類，是所有Java 類的繼承根源，其內(nèi)聲明了數(shù)個應(yīng)該在所有Java 類中被改寫的方法：hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中g(shù)etClass()返回一個Class 對象。

【Class 類十分特殊。它和一般類一樣繼承自O(shè)bject，其實體用以表達(dá)Java程序運行時的classes和interfaces，也用來表達(dá)enum、array、primitive Java types（boolean, byte, char, short, int, long, float, double）以及關(guān)鍵詞void。當(dāng)一個class被加載，或當(dāng)加載器（class loader）的defineClass()被JVM調(diào)用，JVM 便自動產(chǎn)生一個Class 對象?！?/p>

如果您想借由“修改Java標(biāo)準(zhǔn)庫源碼”來觀察Class 對象的實際生成時機(jī)（例如在Class的constructor內(nèi)添加一個println()），這樣是行不通的！因為Class并沒有public constructor。

Class是Reflection故事起源。針對任何您想探勘的類，唯有先為它產(chǎn)生一個Class 對象，接下來才能經(jīng)由后者喚起為數(shù)十多個的Reflection APIs。Reflection機(jī)制允許程序在正在執(zhí)行的過程中，利用Reflection APIs取得任何已知名稱的類的內(nèi)部信息，包括：package、 type parameters、 superclass、 implemented interfaces、 inner classes、 outer classes、 fields、 constructors、 methods、 modifiers等，并可以在執(zhí)行的過程中，動態(tài)生成instances、變更fields內(nèi)容或喚起methods。

從Class中獲取信息

Class類提供了大量的實例方法來獲取該Class對象所對應(yīng)的詳細(xì)信息,Class類大致包含如下方法,其中每個方法都包含多個重載版本,因此我們只是做簡單的介紹,詳細(xì)請參考JDK文檔

獲取類內(nèi)信息

一些判斷類本身信息的方法

（1）獲取class

主有三種獲得class的途徑，使用時要注意區(qū)別

1、 a,類型.class 如： String.class使用類名加“.class”的方式即會返回與該類對應(yīng)的Class對象。這個方法可以直接獲得與指定類關(guān)聯(lián)的Class對象，而并不需要有該類的對象存在。

2、 b,Class.forName('類名');該方法可以根據(jù)字符串參數(shù)所指定的類名獲取與該類關(guān)聯(lián)的Class對象。如果該類還沒有被裝入，該方法會將該類裝入JVM。forName方法的參數(shù)是類的完 整限定名（即包含包名）。通常用于在程序運行時根據(jù)類名動態(tài)的載入該類并獲得與之對應(yīng)的Class對象。

3、 c, obj.getClass();所有Java對象都具備這個方法，該方法用于返回調(diào)用該方法的對象的所屬類關(guān)聯(lián)的

（2）獲取構(gòu)造方法

Class類提供了四個public方法，用于獲取某個類的構(gòu)造方法：

1、Constructor getConstructor(Class[] params)根據(jù)構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)，返回一個具體的具有public屬性的構(gòu)造函數(shù)

2、Constructor getConstructors() 返回所有具有public屬性的構(gòu)造函數(shù)數(shù)組

3、Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params) 根據(jù)構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)，返回一個具體的構(gòu)造函數(shù)（不分public和非public屬性）

4、Constructor getDeclaredConstructors() 返回該類中所有的構(gòu)造函數(shù)數(shù)組（不分public和非public屬性）

• 1 反射出無參的構(gòu)造方法并得到對象
• * 注意:
• * 1 在Class.forName()中應(yīng)該傳入含有包名的類全名
• * 2 newInstance()方法的本質(zhì)是調(diào)用類的無參Public構(gòu)造方法

• /

• String className1='cn.testreflect.Worker';

• Class clazz1=Class.forName(className1);

• Object object1=clazz1.newInstance();

• System.out.println('object1.toString()='+object1.toString());

• /

  *
• * 2 反射出帶參數(shù)的構(gòu)造方法并得到對象
• */
• String className2='cn.testreflect.Worker';
• Class clazz2=Class.forName(className2);
• Constructor constructor1=clazz2.getConstructor(int.class,String.class);
• Object object2=constructor1.newInstance(18,'小明');
• System.out.println('object2.toString()='+object2.toString());
• （3）獲取類的成員方法
• 與獲取構(gòu)造方法的方式相同，存在四種獲取成員方法的方式：
• 1、Method getMethod(String name, Class[] params) 根據(jù)方法名和參數(shù)，返回一個具體的具有public屬性的方法
• 2、Method[] getMethods() 返回所有具有public屬性的方法數(shù)組
• 3、Method getDeclaredMethod(String name, Class[] params) 根據(jù)方法名和參數(shù)，返回一個具體的方法（不分public和非public屬性）
• 4、Method[] getDeclaredMethods() 返回該類中的所有的方法數(shù)組（不分public和非public屬性）

(4)獲取類的成員變量（成員屬性）

存在四種獲取成員屬性的方法

1、Field getField(String name) 根據(jù)變量名，返回一個具體的具有public屬性的成員變量

2、Field[] getFields() 返回具有public屬性的成員變量的數(shù)組

3、Field getDeclaredField(String name) 根據(jù)變量名，返回一個成員變量（不分public和非public屬性）

4、Field[] getDelcaredFields() 返回所有成員變量組成的數(shù)組（不分public和非public屬性）