Java核心类库之（类加载器、反射机制、模块化）-阿里云开发者社区

以下博客是根据黑马视频写的Javase全集博客笔记：黑马程序员全套Java教程_Java基础入门视频教程，零基础小白自学Java必备教程

（一）Java语言基础

（二）Java面向对象编程

（三）Java核心类库之（常用API、字符串类、集合类、泛型）

（四） Java核心类库之（异常机制）

（五）Java核心类库之（字符集/编码集、File类、递归、IO流：字节流、字符流、特殊操作流）

（六）Java核心类库之（类加载器、反射机制、模块化）

（七）Java核心类库之（Lambda表达式）

（八）Java核心类库之（接口组成更新、方法引用、函数式接口）

（九）Java核心类库之（Stream流：生成、中间、终结、收集操作）

（十）Java核心类库之（多线程：实现多线程、线程同步）

（十一）Java核心类库之（网络编程：网络编程入门、UDP通信程序、TCP通信程序）

1 类加载器

1.1 类加载

当程序要使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过类的加载，类的连接,类的初始化这三个步骤来对类进行初始化。如果不出现意外情况，JVM将会连续完成这三个步骤,所以有时也把这三个步骤统称为类加载或者类初始化

类的加载

就是指将class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class 对象

任何类被使用时，系统都会为之建立一个java.lang.Class对象

类的连接

验证阶段: 用于检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致

准备阶段: 负责为类的类变量分配内存,并设置默认初始化值

解析阶段: 将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用

类的初始化

在该阶段, 主要就是对类变量进行初始化

类的初始化步骤

假如类还未被加载和连接, 则程序先加载并连接该类

假如该类的直接父类还未被初始化, 则先初始化其直接父类

假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

注意：在执行第2个步骤的时候,系统对直接父类的初始化步骤也遵循初始化步骤1-3

类的初始化时机

创建类的实例

调用类的类方法

访问类或者接口的类变量，或者为该类变量赋值

使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象

初始化某个类的子类

直接使用java.exe命令来运行某个主类

1.2 类加载器

类加载器的作用

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

虽然我们不用过分关心类加载机制，但是了解这个机制我们就能更好的理解程序的运行

JVM的类加载机制

全盘负责: 就是当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入

父类委托: 就是当一个类加载器负责加载某个Class时,先让父类加载器试图加载该Class,只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类

缓存机制: 保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序需要使用某个Class对象时，载器先从缓存区中搜索该Class,只有当缓存区中不存在该Class对象时，系统才会读取该类对应的二进制数据,并将其转换成Class对象，存储到缓存区

ClassLoader：是负责加载类的对象

包：java.lang.ClassLoader

ClassLoader 中的两个方法

方法名说明

static ClassLoader getSystemClassLoader() 返回用于委派的系统类加载器

ClassLoader getParent() 返回父加载器进行委派

Java运行时具有以下内置类加载器

Bootstrap class loader：它是虚拟机的内置类加载器，通常表示为null,并且没有父null

Platform class loader：平台类加载器可以看到所有平台类,平台类包括由平台类加载器或其祖先定义的Java SE平台API,其实现类和JDK特定的运行时类

System class loader：它也被称为应用程序类加载器，与平台类加载器不同。系统类加载器通常用于定义应用程序类路径,模块路径和JDK特定工具上的类

类加载器的继承关系：System的父加载器为Platform,而Platform的父加载器为Bootstrap

package test;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //1,static ClassLoader getSystemClassLoader()   返回用于委派的系统类加载器
        ClassLoader c = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(c); //AppClassLoader
        //2,ClassLoader getParent()   返回父加载器进行委派
        ClassLoader c1 = c.getParent();
        System.out.println(c1); //JDK8：ExtClassLoader
        ClassLoader c2 = c1.getParent();
        System.out.println(c2); //null
    }
}

2 反射

2.1 反射概述

Java反射机制：是指在运行时去获取一个类的变量和方法信息。然后通过获取到的信息来创建对象,调用方法的一种机制。由于这种动态性,可以极大的增强程序的灵活性,程序不用在编译期就完成确定,在运行期仍然可以扩展

2.2 反射获取Class类的对象

我们要想通过反射去使用一个类,首先我们要获取到该类的字节码文件对象,也就是类型为Class类型的对象这里我们提供三种方式获取Cass类型的对象

1、使用类的class属性来获取该类对应的Class对象。举例: Student.class将会返回Student类对应的Class对象

2、调用对象的getClass()方法, 返回该对象所属类对应的Class对象

该方法是Object类中的方法，所有的Java对象都可以调用该方法

3、使用Class类中的静态方法forName(StringclassName), 该方法需要传入字符串参数,该字符串参数的值是某个类的全路径,也就是完整包名的路径

package test;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //1、使用类的class属性来获取该类对应的Class对象
        Class<Student> c1 = Student.class;
        System.out.println(c1); //class test.Student
        Class<Student> c2 = Student.class;
        System.out.println(c1 == c2); //true;一个类只有一个字节码文件对象
        //2、调用对象的getClass()方法, 返回该对象所属类对应的Class对象
        Student s = new Student();
        Class<? extends Student> c3 = s.getClass();
        System.out.println(c1 == c3); //true
        //3、使用Class类中的静态方法forName(StringclassName)
        Class<?> c4 = Class.forName("test.Student");
        System.out.println(c1 == c4); //true
    }
}

2.3 反射获取构造方法并使用

Class类中用于获取构造方法的方法

方法名说明

Constructor[] getConstructors() 返回所有公共构造方法对象的数组

Constructor [] getDeclaredConstructors [dɪˈkleəd] 返回所有构造方法对象的数组

Constructor getConstructor(Class...parameterTypes) 返回单个公共构造方法对象

Constructor getDeclaredConstructor(Class ...parameterTypes) 返回单个构造方法对象

Constructor类中用来创建对象的方法

方法名说明

T newInstance(Object…initargs) 根据指定的构造方法创建对象

package test;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("test.Student");
        //1,Constructor<?>[] getConstructors()  返回所有公共构造方法对象的数组
        Constructor<?>[] cons1 = c.getConstructors();
        for(Constructor con:cons1) {
            System.out.println(con);
//            public test.Student(java.lang.String,int,java.lang.String)
//            public test.Student()
        }
        System.out.println("--------");
        //2,Constructor<?> [] getDeclaredConstructors   返回所有构造方法对象的数组
        Constructor<?>[] cons2 = c.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor con:cons2) {
            System.out.println(con);
//            public test.Student(java.lang.String,int,java.lang.String)
//            test.Student(java.lang.String,int)
//            private test.Student(java.lang.String)
//            public test.Student()
        }
        System.out.println("--------");
        /*
        一、首先把这个类的带包的字符串路径传给forName()方法得到字节码文件Class对象c
        二、c调用getConstructors()得到单个的构造方法对象con1
        三、通过con1调用newInstance()创建一个对象，这就叫反射*/
        //3,Constructor<T> getConstructor(Class<?>...parameterTypes)  返回单个公共构造方法对象
        //参数是：你要获得的构造方法的参数个数和数据类型对应字节码文件
        Constructor<?> con1 = c.getConstructor();
        //Constructor提供了一个类的单个构造方法信息和访问权限
        //5,T newInstance(Object…initargs)  根据指定的构造方法创建对象
        Object obj1 = con1.newInstance();
        System.out.println(obj1); //Student{name='null', age=0, address='null'}
    }
}

案例1：

package test;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //一、首先把这个类的带包的字符串路径传给Class类的forName()方法得到字节码文件Class对象c
        Class<?> c = Class.forName("test.Student");
        //public Student(String name, int age, String address)
        // 二、c调用getConstructor()得到单个的构造方法对象con1
        Constructor<?> con = c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);//基本数据类型int也可以通过.class得到对应class类型
        // 三、通过con调用newInstance()创建一个对象，这就叫反射
        Object obj = con.newInstance("小白",10, "成都");
        System.out.println(obj); //Student{name='小白', age=10, address='成都'}
    }
}

案例2：

package test;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //一、首先把这个类的带包的字符串路径传给forName()方法得到字节码文件Class对象c
        Class<?> c = Class.forName("test.Student");
        //private Student(String name)
        //二、通过c调用getConstructor()创建无参构造方法对象
        Constructor<?> con = c.getDeclaredConstructor(String.class);
        //三、通过con调用newInstance()创建一个对象
//        Object obj = con.newInstance("小黑");
//        System.out.println(obj); //IllegalAccessException：没法访问异常：private修饰的私有构造方法
        //暴力反射:public void setAccessible(boolean flag)：值为true，取消访问检查
        con.setAccessible(true);
        Object obj = con.newInstance("小黑");
        System.out.println(obj); //Student{name='小黑', age=0, address='null'}
    }
}

2.4 反射获取成员变量并使用

Class类中用于获取成员变量的方法

方法名说明

Field[ ] getFields() 返回所有公共成员变量对象的数组

Field[ ] getDeclaredFields() 返回所有成员变量对象的数组

Field getField(String name) 返回单个公共成员变量对象

Field getDeclaredField(String name) 返回单个成员变量对象

Field类中用于给成员变量赋值的方法

方法名说明

void set(Object obj, Object value) 给obj对象的成员变量赋值为value

package test;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchFieldException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("test.Student");
        //1,Field[] getFields()   返回所有公共成员变量对象的数组
        Field[] fields1 = c.getFields();
        for(Field field:fields1) {
            System.out.println(field);
            //public java.lang.String test.Student.address
        }
        System.out.println("--------");
        //2,Field[ ] getDeclaredFields()  返回所有成员变量对象的数组
        Field[] fields2 = c.getDeclaredFields();
        for(Field field:fields2) {
            System.out.println(field);
//            private java.lang.String test.Student.name
//            int test.Student.age
//            public java.lang.String test.Student.address
        }
        System.out.println("--------");
        /* 
         一、首先把这个类的带包的字符串路径传给forName()方法得到字节码文件Class对象c
         二、通过c调用getField()得到成员变量对象addressField
         三、addressField调用set()方法给obj对象的address赋值*/
        //3,Field getField(String name)   返回单个公共成员变量对象
        Field addressField = c.getField("address");
        System.out.println(addressField);
        //public java.lang.String test.Student.address
        //获取无参构造方法创建对象
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();
        //5,void set(Object obj, Object value)  给obj对象的成员变量赋值为value
        addressField.set(obj,"成都"); //给obj的成员变量addressField》address赋值为成都
        System.out.println(obj); //Student{name='null', age=0, address='成都'}
    }
}

案例：

package test;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchFieldException {
        //一、首先把这个类的带包的字符串路径传给forName()方法得到字节码文件Class对象c
        Class<?> c = Class.forName("test.Student");
        //二、通过c调用getConstructor()创建无参构造方法对象
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        //三、通过con调用newInstance()创建一个对象
        Object obj = con.newInstance();
        //四、通过c调用getDeclaredField()得到成员变量对象
        Field nameField = c.getDeclaredField("name");
        nameField.setAccessible(true); //取消私有变量的访问检查
        //五、成员变量对象调用set()方法给obj对象的成员变量赋值
        nameField.set(obj,"小黑");
        Field ageField = c.getDeclaredField("age");
        ageField.setAccessible(true);
        ageField.set(obj,10);
        Field addressField = c.getDeclaredField("address");
        addressField.setAccessible(true);
        addressField.set(obj,"成都");
        System.out.println(obj); //Student{name='小黑', age=10, address='成都'}
    }
}

2.5 反射获取成员方法并使用

Class类中获取成员方法的方法

方法名说明

Method[ ] getMethods() 返回所有公共成员方法对象的数组,包括继承的

Method[ ] getDeclaredMethods() 返回所有成员方法对象的数组,不包括继承的

Method getMethod(String name, Class … parameterTypes) 返回单个公共成员方法对象

Method getDeclaredMethod(String name, Class … parameterTypes) 返回单个成员方法对象

Method类中用于调用成员方法的方法

方法名说明

Object invoke(Object obj, Objet… args) 调用obj对象的成员方法，参数是args,返回值是Object类型

package test;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("test.Student");
        //1,Method[ ] getMethods()  返回所有公共成员方法对象的数组,包括继承的
        Method[] methods1 = c.getMethods();
        for(Method method:methods1) {
            System.out.println(method);
//            public java.lang.String test.Student.toString()
//            public void test.Student.method1()
//            public void test.Student.method3()
//            public void test.Student.method2()
//            public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
//            public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
//            ...
        }
        System.out.println("---------");
        //2,Method[ ] getDeclaredMethods()  返回所有成员方法对象的数组,不包括继承的
        Method[] methods2 = c.getDeclaredMethods();
        for(Method method:methods2) {
            System.out.println(method);
//            public java.lang.String test.Student.toString()
//            private void test.Student.function()
//            public void test.Student.method1()
//            public void test.Student.method3()
//            public void test.Student.method2()
        }
        //3,Method getMethod(String name, Class<?> … parameterTypes)  返回单个公共成员方法对象
        Method m = c.getMethod("method1");
        //获取无参构造方法并创建对象
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();
        //5,Object invoke(Object obj, Objet… args)  调用obj对象的成员方法，参数是args,返回值是Object类型
        //第一个Object：返回值类型；obj：对象；args：方法需要的参数
        m.invoke(obj); //method1
    }
}

案例：

Student类

package test;
public class Student {
    //成员变量：一个私有、一个默认、一个公共
    private String name;
    int age;
    public String address;
    //构造方法：一个私有、一个默认、两个公共
    public Student() {
    }
    private Student(String name) {
        this.name = name;
    }
    Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public Student(String name, int age, String address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }
    //成员方法：一个私有，四个公共
    private void function() {
        System.out.println("function");
    }
    public void method1() {
        System.out.println("method1");
    }
    public void method2(String s) {
        System.out.println("method2:" + s);
    }
    public String method3(String s, int i) { return s + "," + i; }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}

测试类

package test;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //一、首先把这个类的带包的字符串路径传给forName()方法得到字节码文件Class对象c
        Class<?> c = Class.forName("test.Student");
        //二、通过c调用getConstructor()创建无参构造方法对象
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        //三、通过con调用newInstance()创建一个对象
        Object obj = con.newInstance();
        //四、通过字节码文件对象调用getMethod()方法得到method方法对象
        Method m1 = c.getMethod("method1");
        Method m2 = c.getMethod("method2", String.class);
        Method m3 = c.getMethod("method3", String.class, int.class);
        Method m4 = c.getDeclaredMethod("function");
        //五、通过method方法对象调用invoke()方法
        m1.invoke(obj); //method1
        m2.invoke(obj,"小黑"); //method2:小黑
        Object o = m3.invoke(obj, "小白", 10);
        System.out.println(o); //小白,10
        m4.setAccessible(true);
        m4.invoke(obj); //function
    }
}

2.6 案例

2.6.1案例1：通过反射往ArrayList集合中，添加字符串数据

package test;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        ArrayList<Integer> array = new ArrayList<>();
//        array.add("小黑"); 报错
        Class<? extends ArrayList> c = array.getClass();
        Method m = c.getMethod("add", Object.class); //因为Object是泛型没有指定数据类型
        m.invoke(array, "小黑");
        m.invoke(array, "小黑");
        m.invoke(array, "小黑");
        System.out.println(array); //[小黑, 小黑, 小黑]
    }
}

2.6.2 案例2：通过配置文件运行类中的方法

Student类

package test;
public class Student {
    public void study() {
        System.out.println("好好学习天天向上");
    }
}

class.txt配置文件

className=test.Student
methodName=study

测试类

package test;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //加载数据
        Properties prop = new Properties();
        FileReader fr = new FileReader("E:\\test\\Demo\\class.txt");
        prop.load(fr);
        fr.close();
        System.out.println(prop); //{methodName=study, className=test.Student}
        String className = prop.getProperty("className");
        String methodName = prop.getProperty("methodName");
        //通过反射来使用
        Class<?> c = Class.forName(className); //test.Student
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();
        Method m = c.getMethod(methodName);//study
        m.invoke(obj); //好好学习天天向上
        //class.txt中只需要改文件路径和方法名
    }
}

3 模块化

3.1 模块化概述

Java语言随着这些年的发展已经成为了一]影响深远的编程语言，无数平台,系统都采用Java语言编写。但是，伴随着发展，Java也越来越庞大，逐渐发展成为-门“臃肿” 的语言。而且，无论是运行个大型的软件系统，还是运行一一个小的程序，即使程序只需要使用Java的部分核心功能，JVM也要加载整个JRE环境。

为了给Java“瘦身”，让ava实现轻量化，Java 9正式的推出了模块化系统。Java被拆分为N多个模块，并允许Java程序可以根据需要选择加载程序必须的Java模块，这样就可以让ava以轻星化的方式来运行

模块结构

3.2 模块的基本使用

模块的创建步骤

使用不同模块下的内容

在模块的src目录下新建一个名为module- info.java的描述性文件,该文件专门定义模块名，访问权限，模块依赖等信息描述性文件中使用模块导出和模块依赖来进行配置并使用

模块中所有未导出的包都是模块私有的，他们是不能在模块之外被访问的

在myOne这个模块下的描述性文件中配置模块导出

模块导出格式：exports 包名;

一个模块要访问其他的模块，必须明确指定依赖哪些模块，未明确指定依赖的模块不能访问

在myTwo这个模块下的描述性文件中配置模块依赖

模块依赖格式：requires 模块名;

注意：写模块名报错，需要按下Alt+ Enter提示，然后选择模块依赖

3.3 模块服务的使用

服务：从Java 6开始，Java提供了一种服务机制，允许服务提供者和服务使用者之间完成解耦简单的说，就是服务使用者只面向接编程，但不清楚服务提供者的实现类

Java 9的模块化系统则进一步的简化了Java的服务机制。Java 9允许将服务接口定义在一个模块中,并使用uses语句来声明该服务接口，然后针对该服务接口提供不同的服务实现类,这些服务实现类可以分布在不同的模块中，服务实现模块则使用provides语句为服务接口指定实现类

服务使用者只需要面向接口编程即可

模块服务的使用步骤

在myOne模块下创建一个包com.itheima _03,在该包下提供一个接口，接口中定义一个抽象方法

public interface MyService {
  void service();
}

在com.itheima_ 03包下创建一个包impl, 在该包下提供接口的两个实现类Itheima和Czxy

在myOne这个模块下的描述性文件中添加如下配置

模块导出：exports com.itheima 03;

服务提供：provides MyService with ltheima; （指定MyService的服务实现类是Itheima）

在myTwo这个模块下的描述性文件中添加如下配置

声明服务接口：uses MyService;

在myTwo这个模块的类中使用MyService接 ]提供的服务

ServiceLoader：一种加载服务实现的工具

Java核心类库之（类加载器、反射机制、模块化）

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