当调用Java命令运行某个Java程序时,该命令将会启动一个Java虚拟机进程。不管Java程序多么复杂,启动多少个线程,它们都处于该Java虚拟机进程里,都是使用同一个Java进程内存区。
JVM程序终止的方式:
JVM进程结束,该进程所在内存中的状态将会丢失
当程序主动使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则系统会通过加载、连接、初始化三个步骤来对该类进行初始化。
类的加载时将该类的class文件读入内存,并为之创建一个java.lang.Class对象,也就是说,当程序使用任何类时,系统都会为之建立一个java.lang.Class对象。
系统中所有的类实际上也是实例,它们都是java.lang.Class的实例
类的加载通过JVM提供的类加载器完成,类加载器时程序运行的基础,JVM提供的类加载器被称为系统类加载器。除此之外,开发者可以通过继承ClassLoader基类来创建自己的类加载器。
通过使用不同的类加载器,可以从不同来源加载类的二进制数据,通常有如下几种来源。
类加载器通常无需等到首次使用该类时才加载该类,Java虚拟机规范允许系统预先加载某些类。
1.3 类的连接
当类被加载后,系统会为之生成一个对应的Class对象,接着会进入连接阶段,连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中。类的链接可分为如下三个阶段。
1.4 类的初始化
再累舒适化阶段,虚拟机负责对类进行初始化,主要就是对类变量进行初始化。在Java类中对类变量指定初始值有两种方式:①声明类变量时指定初始值;②使用静态初始化块为类变量指定初始值。
JVM初始化一个类包含如下步骤
当执行第2步时,系统对直接父类的初始化也遵循1~3,以此类推
当Java程序首次通过下面6种方式使用某个类或接口时,系统会初始化该类或接口
二. 类加载器
2.1类加载器介绍
类加载器负责将.class文件加载到内存中,并为之生成对应的java.lang.Class对象。
一个载入JVM的类有一个唯一的标识。在Java中,一个类使用全限定类名(包括包名和类名)作为标识;但在JVM中,一个类使用全限定类名和其类加载器作为唯一标识。
当JVM启动时,会形成由三个类加载器组成的初始类加载器层次结构
Bootrap ClassLoader被称为引导(也称为原始或跟)类加载器,它负责加载Java的核心类。跟类加载器不是java.lang.ClassLoader的子类,而是JVM自身实现的。
Extension ClassLoader负责加载JRE拓展目录中的JAR包的类,它的父类加载器是跟类加载器
System ClassLoader,它负责在JVM启动时加载来自Java命令的-classpath选项、java.class,path系统属性,或CLASSPATH指定的jar包和类历经。系统可通过ClassLoader的静态方法或区该系统类加载器。如果没有特别指定,则用户自定义的类加载器都已类加载器作为父加载器
JVM类加载机制主要有三种
类加载器加载Class大致经过8个步骤
其中,第5、6步允许重写ClassLoader的findClass()方法来实现自己的载入策略,甚至重写loadClass()方法来实现自己的载入过程。
JVM除跟类加载器之外的所有类加载器都是ClassLoader子类的实例,开发者可以通过拓展ClassLoader的子类,并重写该ClassLoader所包含的方法实现自定义的类加载器。ClassLoader有如下两个关键方法。
如果需要是实现自定义的ClassLoader,则可以通过重写以上两个方法来实现,通常推荐重写findClass()方法而不是loadClass()方法。
classLoader()方法的执行步骤:
从上面看出,重写findClass()方法可以避免覆盖默认类加载器的父类委托,缓冲机制两种策略;如果重写loadClass()方法,则实现逻辑更为复杂。
ClassLoader的一些方法:
下面程序开发了一个自定义的ClassLoader。该classLoader通过重写findClass()方法来实现自定义的类加载机制。这个ClassLoader可以在加载类之前先编译该类的源文件,从而实现运行Java之前先编译该程序的目标,这样即可通过该classLoader运行Java源文件。
package com.gdut.basic; import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.io.IOException; import java.lang.reflect.Method; public class CompileClassLoader extends ClassLoader { private byte[] getBytes(String fileName) { File file = new File(fileName); Long len = file.length(); byte[] raw = new byte[(int)len]; FileInputStream fin = new FileInputStream(file); //一次读取class文件的二进制数据 int r = fin.read(raw); if(r != len) { throw new IOException("无法读取文件"+r+"!="+raw); return null; } } private boolean compile(String javaFile) throws IOException { System.out.println("正在编译"+javaFile+"..."); Process p = Runtime.getRuntime().exec("javac"+javaFile); try { //其他线程都等待这线程完成 p.waitFor(); }catch(InterruptedException ie) { System.out.println(ie); } int ret = p.exitValue(); return ret == 0; } @Override protected Class> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { Class clazz = null; String findStub = name.replace(".", "/"); String javaFileName = findStub+".java"; String classFileName = findStub+".class"; File javaFile = new File(javaFileName); File classFile = new File(classFileName); //但指定Java源文件存在,class文件不存在,或者Java源文件的修改时间比class文件修改的时间更晚时,重新编译 if(javaFile.exists() && classFile.exists() || javaFile.lastModified() > classFile.lastModified()) { try { if(!compile(javaFileName)|| !classFile.exists()) { throw new ClassNotFoundException("ClassNotFoundExcetion"+javaFileName); } }catch(IOException ie) { ie.printStackTrace(); } } if(classFile.exists()) { byte[] raw = getBytes(classFileName); clazz = defineClass(name,raw,0,raw.length); } //如果clazz为null,表明加载失败,则抛出异常 if(clazz == null) { throw new ClassNotFoundException(name); } return clazz; } public static void main(String[] args) throws Exception { //如果运行该程序时没有参数,即没有目标类 if (args.length<1) { System.out.println("缺少目标类,请按如下格式运行Java源文件:"); System.out.println("java CompileClassLoader ClassName"); } //第一个参数是需要运行的类 String progClass = args[0]; //剩下的参数将作为运行目标类时的参数,将这些参数复制到一个新数组中 String[] progArgs = new String[args.length - 1]; System.arraycopy(args, 1,progArgs,0, progArgs.length); CompileClassLoader ccl = new CompileClassLoader(); //加载需要运行的类 Class> clazz = ccl.loadClass(progClass); //获取运行时的类的主方法 Method main = clazz.getMethod("main", (new String[0]).getClass()); Object argsArray[] = {progArgs}; main.invoke(null, argsArray); } }
接下来可以提供任意一个简单的主类,该主类无需编译就可以使用上面的CompileClassLoader来运行他
package com.gdut.basic; public class Hello { public static void main(String[] args) { for(String arg:args) { System.out.println("运行Hello的参数:"+arg); } } }
无需编译该Hello.java,可以直接运行下面命令来运行该Hello.java程序
java CompileClassLoader hello 疯狂Java讲义
运行结果如下:
CompileClassLoader:正常编译 Hello.java...
运行hello的参数:疯狂Java讲义
使用自定义的类加载器,可以实现如下功能
2.4 URLClassLoader类
该类时系统类加载器和拓展类加载器的父类(此处的父类,是指类与类之间的的继承关系)。URLClassLoader功能比较强大,它可以从本地文件系统获取二进制文件来加载类,也可以从远程主机获取二进制文件加载类。
该类提供两个构造器
下面程序示范了如何从文件系统中加载MySQL驱动,并使用该驱动获取数据库连接。通过这种方式来获取数据库连接,无需将MySQL驱动添加到CLASSPATH中。
package java.gdut; import java.net.URL; import java.net.URLClassLoader; import java.sql.Connection; import java.sql.Driver; import java.util.Properties; public class URLClassLoaderTest { private static Connection conn; public static Connection getConn(String url,String user,String pass)throws Exception{ if(conn == null){ URL[] urls = {new URL("file:mysql-connection-java-5.1.46-bin.jar")}; URLClassLoader myClassLoader = new URLClassLoader(urls); //加载MySQL,并创建实例 Driver driver = (Driver)myClassLoader.loadClass("com.mysql.jdbc.Driveer").newInstance(); Properties properties = new Properties(); properties.setProperty("user",user); properties.setProperty("pass",pass); //调用driver的connect方法来取得数据库连接 conn = driver.connect(url,properties); } return conn; } public static void main(String[] args) throws Exception { System.out.println(getConn("jdbc:mysql://localhost:3306/tb_test","sherman","a123")); } }
本程序类加载器的加载路径是当前路径下的mysql-connection-java-5.1.46-bin.jar文件,将MySQL驱动复制到该路径下,这样保证ClassLoader可以正常加载到驱动类
Java程序中的许多对象在运行时都会出现收到外部传入的一个对象,该对象编译时类型是Object,但程序又需要调用该对象运行时的方法。
每个类被加载后,系统会为该类生成一个对应的Class对象,通过该Class对象可以访问到JVM中的这个类。获得Class对象通常三种方式
对于第一种方式,第二种的优势:
Class类提供了大量的实例方法获取该Class对象所对应类的详细信息
下面4个方法用于获取Class对象对应类的构造器
下面四个方法获取Class对象对应类所包含方法。
下面四个方法获取Class对象对应类所包含的成员变量。
如下几个方法用于访问Class对应类的上所包含的Annotation.
如下方法用于访问Class对应类的内部类
如下方法用于访问Class对应类的所在的外部类
如下方法用于访问Class对应类的所实现的接口
如下方法用于访问Class对应类的所继承的父类
如下方法用于访问Class对应类的修饰符,所在包,类名等基本信息
以下几个方法来判断该类是否为接口、枚举、注解类型
以上getMethod()方法和getConStructor()方法中,都需要传入多个类型为Class>的参数,用于获取指定的方法和构造器。要确定一个方法应该由方法名和形参列表确定。例如下面代码获取clazz对应类的带一个String参数的info方法:
clazz.getMethods("info",String.class)
若要获取clazz对应类的带一个String参数,一个Integer参数的info方法
clazz.getMethods("info",String.class,Integer.class)
Java 8新增了一个Executable抽象基类,该对象代表可执行的类成员,该类派生了Constructor和Method两个子类。
Executable抽象基类提供了大量方法来获取修饰该方法或构造器的注解信息;还提供了is VarArgs()方法用于判断该方法或构造器是否包含数量可变的形参,以及通过getModifiers()方法获取该方法或构造器的修饰符。除此之外,还提供如下两个方法
Parameter类是Java 8新增的api,提供了大量方法来获取声明该方法或参数个数的泛型信息,还提供了如下方法获取参数信息
需要指出的是,使用javac命令编译Java源文件时,默认生成的class文件并不包含方法的形参名信息,因此调用isNamePresent()将返回false,调用getName()也不能得到该参数的形参名。需要编译时保留形参信息,则需要该命令指定-parameter选项。
下面示范了Java 8的参数反射功能
public class MethodParameterTest { public static void main(String[] args) throws Exception { Classclazz = Test.class; Method replace = clazz.getMethod("replace",String.class,List.class); System.out.println("replace方法的参数个数为:"+replace.getParameterCount()); Parameter[] parameters = replace.getParameters(); int index = 1; for(Parameter parameter:parameters){ if(!parameter.isNamePresent()){ System.out.println("-----第"+index+"行的参数信息-----"); System.out.println("参数名:"+parameter.getName()); System.out.println("形参类型:"+parameter.getType()); System.out.println("泛型类型:"+parameter.getParameterizedType()); } } } }
Class对象可以获得该类的方法,构造器,成员变量。程序可以通过Method对象来执行对应的方法,通过ConStructor对象调用对应的构造器创建实例,能通过Field对象直接访问并修改对象的成员变量值。
通过反射生成对象有两种方式。
可以通过Class对象的getMethods()方法和getMethod()方法来获取全部方法和指定方法。
每个Method对象对应一个方法,可以通过它调用对应的方法,在Method里包含一个invoke()方法,该方法的签名如下。
下面程序是对象池工厂加强版,它允许在配置文件中增加配置对象的成员变量的值,对象池工厂会读取为该对象配置的成员变量值,并利用该对象的Setter方法设置成员变量的值。
package com.gdut.test0516; import java.io.FileInputStream; import java.io.IOException; import java.lang.reflect.InvocationTargetException; import java.lang.reflect.Method; import java.util.HashMap; import java.util.Map; import java.util.Properties; public class ExtendedObjectPoolFactory { //定义一个对象池,前面是对象名,后面是实际对象 private MapobjectPool = new HashMap<>(); private Properties config = new Properties(); public void init(String fileName) { try(FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName)) { config.load(fis); }catch(IOException ex){ System.out.println("读取"+fileName+"异常"); } } private Object createObject(String clazzName)throws ClassNotFoundException, InstantiationException,IllegalAccessException{ Class> clazz = Class.forName(clazzName); //使用clazz默认构造器创建实例 return clazz.newInstance(); } public void initPool()throws ClassNotFoundException, InstantiationException,IllegalAccessException{ for (String name:config.stringPropertyNames()) { //没取出一个key-value对。如果key中不包含百分号(%),即可认为该key用于 // 控制调用对象的setter方法设置值,%前半为对象名字,后半控制setter方法名 if( !name.contains("%")){ objectPool.put(name,createObject(config.getProperty(name))); } } } public Object getObject(String name){ return objectPool.get(name); } public void initProperty()throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException,InvocationTargetException { for (String name:config.stringPropertyNames()) { if(name.contains("%")){ String[] objAndProp = name.split("%"); Object target = getObject(objAndProp[0]); String mtdName = "set"+objAndProp[1].substring(1); Class> targetClass = target.getClass(); Method mtd = targetClass.getMethod(mtdName); mtd.invoke(target,config.getProperty(name)); } } } public static void main(String[] args)throws Exception { ExtendedObjectPoolFactory epf = new ExtendedObjectPoolFactory(); epf.init("com/gdut/test0516/extObj.txt"); epf.initPool(); epf.initProperty(); System.out.println(epf.getObject("a")); } }
通过Class对象的getFields()方法和getField()方法可以获取该类包含的所有成员变量和指定成员变量。Field提供如下方法读取或设置成员变量值
3.4.4 操作数组
在java.lang.reflect包下还提供了一个Array类,Array对象可以代表所有的数组。程序可以通过使用该类来创建数组,操作数组元素等。
Array提供如下方法