Java——深入理解Class对象（二）：Class对象的加载及其获取方式

￡神魔★判官ぃ 2022-04-13 09:39 420阅读 0赞

上一篇博客[Java——深入理解Class对象（一）][Java_Class]带大家简单认识了一下Java中Class对象。

现在带大家了解一下**Class对象的加载及其获取方式。**

### 1.Class对象的加载 ###

在[Java——深入理解Class对象（一）][Java_Class]我们已提到过，Class对象是由JVM加载的，那它必然不会是胡乱加载的，肯定有**加载时机。**

实际上，**所有的类都是在对其第一次使用时动态加载到JVM中的。**当程序创建第一个对类的静态成员引用时，就会加载这个被使用的类(实际上加载的就是这个类的字节码文件)。这里需要注意，使用**new**操作符创建类的新实例对象也会被当作对类的静态成员的引用(**构造函数也是类的静态方法**)。

由此我们就可以知道，**Java程序在它们开始运行之前并非被完全加载到内存的，其各个部分是按需加载。**

因此，在使用该类时，类加载器首先会检查这个类的Class对象是否已被加载(类的实例对象创建时依据Class对象中类型信息完成的)，如果还没有加载，默认的类加载器就会先根据类名查找.class文件(编译后Class对象被保存在同名的.class文件中)，在这个类的字节码文件被加载时，它们必须接受相关验证，以确保其没有被破坏并且不包含不良Java代码(这是java的安全机制检测)，完全没有问题后就会被动态加载到内存中，此时相当于Class对象也就被载入内存了(毕竟.class字节码文件保存的就是Class对象)，同时也就可以被用来创建这个类的所有实例对象。

下面通过一个简单例子来说明Class对象被加载的时机问题（例子引用自Thinking in Java）：

package javatest;
    
    public class SweetShop {
    	  public static void print(Object obj) {
    	    System.out.println(obj);
    	  }
    	  public static void main(String[] args) {  
    	    print("inside main");
    	    new Candy();
    	    print("After creating Candy");
    	    try {
    	      Class.forName("javatest.Gum");
    	    } catch(ClassNotFoundException e) {
    	      print("Couldn't find Gum");
    	    }
    	    print("After Class.forName(\"javatest.Gum\")");
    	    new Cookie();
    	    print("After creating Cookie");
    	  }
    }
    
    
    class Candy {
      static {   System.out.println("Loading Candy"); }
    }
    class Gum {
      static {   System.out.println("Loading Gum"); }
    }
    class Cookie {
      static {   System.out.println("Loading Cookie"); }
    }

在上述代码中,每个类Candy、Gum、Cookie都存在一个static语句，这个语句会在类第一次被加载时执行，这个语句的作用就是告诉我们该类在什么时候被加载。

我们来看一下执行结果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1NlYXJjaGluX1I_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

从结果来看，new一个Candy对象和Cookie对象，构造函数将被调用，属于静态方法的引用，Candy类的Class对象和Cookie的Class对象肯定会被加载，毕竟Candy实例对象的创建依据其Class对象。

比较有意思的是**Class.forName（“javatest.Gum”）语句也使得Gum的Class对象被加载。**如下图  
![20181128215317154.png][]

**forName方法是Class类的一个static成员方法**，所有的Class对象都源于这个Class类，因此Class类中定义的方法将适应所有Class对象。这里通过forName方法，我们可以获取到Gum类对应的Class对象引用。因此，如果Gum类之前没有被加载过的话，调用forName方法将会导致Gum类被加载。下面就来认识一下forName方法

### 2.Class.forName方法 ###

通过上面的案例，我们可以知道**Class.forName()方法的调用将会返回一个对应类的Class对象**，因此如果我们想获取一个类的运行时类型信息并加以使用时，可以调用Class.forName()方法获取Class对象的引用，这样做的**好处**是**无需通过持有该类的实例对象引用而去获取Class对象。**

什么叫通过该类的实例对象引用而去获取Class对象呢？

下面举一个例子对比这两种方法

将上文程序中的main函数修改为：

public static void main(String[] args) {
    
    		    try{
    		      //通过Class.forName获取Gum类的Class对象
    		      Class clazz=Class.forName("javatest.Gum");
    		      System.out.println("forName=clazz:"+clazz.getName());
    		    }catch (ClassNotFoundException e){
    		      e.printStackTrace();
    		    }
    
    		    //通过实例对象获取Gum的Class对象
    		    Gum gum = new Gum();
    		    Class clazz2=gum.getClass();
    		    System.out.println("new=clazz2:"+clazz2.getName());
    
    		  }

上边第二种方法就是通过一个实例对象获取一个类的Class对象，其中的**getClass()是从顶级类Object继承而来的，它将返回表示该对象的实际类型的Class对象引用。**）

这时候运行结果如下：

![20181128222249999.png][]

注意：调用forName方法时需要捕获一个名称为ClassNotFoundException的异常，因为forName方法在编译器是无法检测到其传递的字符串对应的类是否存在的，只能在程序运行时进行检查，如果不存在就会抛出ClassNotFoundException异常。

比如我将

Class clazz=Class.forName("javatest.Gum");

改为

Class clazz=Class.forName("javatest.Aum");

那么程序运行的时候就会报错，如下图

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1NlYXJjaGluX1I_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

### 3.Class字面常量 ###

在Java中存在另一种方式来生成Class对象的引用，它就是Class字面常量，如下：

//字面常量的方式获取Class对象
    
    Class clazz = Gum.class;

**这种方式相对前面两种方法更加简单，更安全。**

因为它在编译器就会受到编译器的检查，同时由于无需调用forName方法**效率也会更高**，因为**通过字面量的方法获取Class对象的引用不会自动初始化该类。**

更加有趣的是，字面常量的获取Class对象引用方式不仅可以应用于普通的类，也可以应用用接口，数组以及基本数据类型，这点在反射技术应用传递参数时很有帮助。由于基本数据类型还有对应的基本包装类型，其包装类型有一个标准字段TYPE，而这个TYPE就是一个引用，指向基本数据类型的Class对象，其等价转换如下。（**一般情况下更倾向使用.class的形式，这样可以保持与普通类的形式统一。**）

boolean.class = Boolean.TYPE;
    char.class = Character.TYPE;
    byte.class = Byte.TYPE;
    short.class = Short.TYPE;
    int.class = Integer.TYPE;
    long.class = Long.TYPE;
    float.class = Float.TYPE;
    double.class = Double.TYPE;
    void.class = Void.TYPE;

前面提到过，使用字面常量的方式获取Class对象的引用不会触发类的初始化，这里我们可能需要简单了解一下类加载的过程，如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1NlYXJjaGluX1I_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

解释如下：

*  加载：类加载过程的一个阶段：通过一个类的完全限定查找此类字节码文件，并利用字节码文件创建一个Class对象
 *  链接：验证字节码的安全性和完整性，准备阶段正式为静态域分配存储空间，注意此时只是分配静态成员变量的存储空间，不包含实例成员变量，如果必要的话，解析这个类创建的对其他类的所有引用。
 *  初始化：类加载最后阶段，若该类具有超类，则对其进行初始化，执行静态初始化器和静态初始化成员变量。

由此可知，我们**获取字面常量的Class引用时，触发的应该是加载阶段**，因为在这个阶段Class对象已创建完成，获取其引用并不困难，而**无需触发类的最后阶段初始化**。下面通过小例子来验证这个过程：

代码如下：

package javatest;
    import java.util.*;
    
    class Initable {
      //编译期静态常量
      static final int staticFinal = 47;
      //非编期静态常量
      static final int staticFinal2 =
        ClassInitialization.rand.nextInt(1000);
      static {
        System.out.println("Initializing Initable");
      }
    }
    
    class Initable2 {
      //静态成员变量
      static int staticNonFinal = 147;
      static {
        System.out.println("Initializing Initable2");
      }
    }
    
    class Initable3 {
      //静态成员变量
      static int staticNonFinal = 74;
      static {
        System.out.println("Initializing Initable3");
      }
    }
    
    public class ClassInitialization {
      public static Random rand = new Random(47);
      public static void main(String[] args) throws Exception {
        //字面常量获取方式获取Class对象
        Class initable = Initable.class;
        System.out.println("After creating Initable ref");
        //不触发类初始化
        System.out.println(Initable.staticFinal);
        //会触发类初始化
        System.out.println(Initable.staticFinal2);
        //会触发类初始化
        System.out.println(Initable2.staticNonFinal);
        //forName方法获取Class对象
        Class initable3 = Class.forName("javatest.Initable3");
        System.out.println("After creating Initable3 ref");
        System.out.println(Initable3.staticNonFinal);
      }
    }

运行结果如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1NlYXJjaGluX1I_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

从输出结果来看，可以发现，通过字面常量获取方式获取Initable类的Class对象并没有触发Initable类的初始化，这点也验证了前面的分析。

同时我们也可以发现，调用Initable.staticFinal变量时也没有触发初始化，这是因为**staticFinal属于编译期静态常量，在编译阶段通过常量传播优化的方式将Initable类的常量staticFinal存储到了一个称为NotInitialization类的常量池中，在以后对Initable类常量staticFinal的引用实际都转化为对NotInitialization类对自身常量池的引用，所以在编译期后，对编译期常量的引用都将在NotInitialization类的常量池获取，这也就是引用编译期静态常量不会触发Initable类初始化的重要原因。**

但在之后调用了Initable.staticFinal2变量后就触发了Initable类的初始化。因为虽然staticFinal2被static和final修饰，但**其值在编译期并不能确定**，**因此staticFinal2并不是编译期常量，使用该变量必须先初始化Initable类**。Initable2和Initable3类中都是静态成员变量并非编译期常量，引用都会触发初始化。至于forName方法获取Class对象，肯定会触发初始化，这点在前面已分析过。

到这里，几种获取Class对象的方式也都分析完，我们可以得出小**结论**：

*  获取Class对象引用的方式又3种，即通过**继承自Object类的getClass方法**，**Class类的静态方法forName**以及**字面常量**的方式”.class”。
 *  **实例类**的getClass方法和Class类的静态方法forName都将会触发类的初始化阶段，而**字面常量获取Class对象的方式则不会触发初始化。**
 *  **初始化是类加载的最后一个阶段，**也就是说完成这个阶段后类也就加载到内存中(**Class对象在加载阶段已被创建**)，此时可以对类进行各种必要的操作了（如new对象，调用静态成员等），**在这个阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码或者字节码。**

关于类加载的初始化场景，大家可以参照[Java——类什么时候会进行初始化][Java]。

***Biu~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~![å®«å´éªé¾ç«è¡¨æå|é¾ç«gifå¾è¡¨æåä¸è½½å¾ç][gif]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~pia！***

参考文章：[https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/70768369][https_blog.csdn.net_javazejian_article_details_70768369]

[Java_Class]: https://blog.csdn.net/Searchin_R/article/details/84591735
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[Java]: https://blog.csdn.net/Searchin_R/article/details/83178899
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[https_blog.csdn.net_javazejian_article_details_70768369]: https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/70768369