RRTI的概念以及Class对象作用

　　深入理解Class对象
　　
　　RRTI的概念以及Class对象作用
　　
　　认识Class对象之前，先来了解一个概念，RTTI（Run-Time Type Identification）运行时类型识别，对于这个词一直是 C++ 中的概念，至于Java中出现RRTI的说法则是源于《Thinking in Java》一书，其作用是在运行时识别一个对象的类型和类的信息，这里分两种：传统的”RRTI”,它假定我们在编译期已知道了所有类型(在没有反射机制创建和使用类对象时，一般都是编译期已确定其类型，如new对象时该类必须已定义好)，另外一种是反射机制，它允许我们在运行时发现和使用类型的信息。在Java中用来表示运行时类型信息的对应类就是Class类，Class类也是一个实实在在的类，存在于JDK的java.lang包中，其部分源码如下：
　　
　　public final class Class<T> implements java.io.Serializable,GenericDeclaration,Type, AnnotatedElement {
　　
　　private static final int ANNOTATION= 0x00002000;
　　
　　private static final int ENUM = 0x00004000;
　　
　　private static final int SYNTHETIC = 0x00001000;
　　
　　private static native void registerNatives();
　　
　　static {
　　
　　registerNatives();
　　
　　}
　　
　　/*
　　
　　* Private constructor. Only the Java Virtual Machine creates Class objects.（私有构造，只能由JVM创建该类）
　　
　　* This constructor is not used and prevents the default constructor being
　　
　　* generated.
　　
　　*/
　　
　　private Class(ClassLoader loader) {
　　
　　// Initialize final field for classLoader. The initialization value of non-null
　　
　　// prevents future JIT optimizations from assuming this final field is null.
　　
　　classLoader = loader;
　　
　　Class类被创建后的对象就是Class对象，注意，Class对象表示的是自己手动编写类的类型信息，比如创建一个Shapes类，那么，JVM就会创建一个Shapes对应Class类的Class对象，该Class对象保存了Shapes类相关的类型信息。实际上在Java中每个类都有一个Class对象，每当我们编写并且编译一个新创建的类就会产生一个对应Class对象并且这个Class对象会被保存在同名.class文件里(编译后的字节码文件保存的就是Class对象)，那为什么需要这样一个Class对象呢？是这样的，当我们new一个新对象或者引用静态成员变量时，Java虚拟机(JVM)中的类加载器子系统会将对应Class对象加载到JVM中，然后JVM再根据这个类型信息相关的Class对象创建我们需要实例对象或者提供静态变量的引用值。需要特别注意的是，手动编写的每个class类，无论创建多少个实例对象，在JVM中都只有一个Class对象，即在内存中每个类有且只有一个相对应的Class对象，挺拗口，通过下图理解（内存中的简易现象图）：
　　
　　到这我们也就可以得出以下几点信息：
　　
　　Class类也是类的一种，与class关键字是不一样的。
　　
　　手动编写的类被编译后会产生一个Class对象，其表示的是创建的类的类型信息，而且这个Class对象保存在同名.class的文件中(字节码文件)，比如创建一个Shapes类，编译Shapes类后就会创建其包含Shapes类相关类型信息的Class对象，并保存在Shapes.class字节码文件中。
　　
　　每个通过关键字class标识的类，在内存中有且只有一个与之对应的Class对象来描述其类型信息，无论创建多少个实例对象，其依据的都是用一个Class对象。
　　
　　Class类只存私有构造函数，因此对应Class对象只能有JVM创建和加载
　　
　　Class类的对象作用是运行时提供或获得某个对象的类型信息，这点对于反射技术很重要(关于反射稍后分析)。
　　
　　Class对象的加载及其获取方式
　　
　　Class对象的加载
　　
　　前面我们已提到过，Class对象是由JVM加载的，那么其加载时机是？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)，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)，由此看来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，所以在使用该类时，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 com.zejian;
　　
　　class Candy {
　　
　　static { System.out.println("Loading Candy"); }
　　
　　}
　　
　　class Gum {
　　
　　static { System.out.println("Loading Gum"); }
　　
　　}
　　
　　class Cookie {
　　
　　static { System.out.println("Loading Cookie"); }
　　
　　}
　　
　　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("com.zejian.Gum");
　　
　　} catch(ClassNotFoundException e) {
　　
　　print("Couldn't find Gum");
　　
　　}
　　
　　print("After Class.forName(\"com.zejian.Gum\")");
　　
　　new Cookie();
　　
　　print("After creating 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，执行结果：
　　
　　inside main
　　
　　Loading Candy
　　
　　After creating Candy
　　
　　Loading Gum
　　
　　After Class.forName("com.zejian.Gum")
　　
　　Loading Cookie
　　
　　After creating Cookie
　　
　　Process finished with exit code 0
　　
　　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("com.zejian.Gum");
　　
　　1
　　
　　1
　　
　　其中forName方法是Class类的一个static成员方法，记住所有的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。从打印结果来看，调用forName方法将会导致Gum类被加载(前提是Gum类从来没有被加载过)。
　　
　　Class.forName方法
　　
　　通过上述的案例，我们也就知道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，如下的第2种方式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。
　　
　　public static void main(String[] args) {
　　
　　try{
　　
　　//通过Class.forName获取Gum类的Class对象
　　
　　Class clazz=Class.forName("com.zejian.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());

　　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，关于反射技术稍后会分析，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：
　　
　　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：
　　
　　import java.util.*;
　　
　　class Initable {
　　
　　//编译期静态常量
　　
　　static final int www.dihaoyule798.com/ staticFinal = 47;
　　
　　//非编期静态常量
　　
　　static final int staticFinal2 =
　　
　　ClassInitialization.rand.nextInt(1000);
　　
　　static {
　　
　　System.out.println("Initializing Initable");
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　class Initable2www.yuheng119.com/ {
　　
　　//静态成员变量
　　
　　static int staticNonFinal = 147;
　　
　　static www.xyseo.net{
　　
　　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("www.baqist.cn www.yyizx.cn 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("Initable3");
　　
　　System.out.println("After creating Initable3 ref");
　　
　　System.out.println(Initable3.staticNonFinal);