Java类型信息（RTTI和反射）

　　要想在IT领域站得住脚，必须得不断地学习来强化自己，但是学过的技术不实践很容易便被遗忘，所以一直都打算开个博客，来记录自己学的知识，另外也可以分享给有需要的人！

　　最近在学习反射，为了更好地理解反射，就去查各种资料学习了java类型信息。

　　目录

• 前言
• java类的加载和初始化
• Class对象
• java类型信息

　　一、前言

　　在了解java类型信息前，需要先了解我们编写的类在Java中是如何加载的，以及Class类的基本概念和作用，以方便我们更好理解Java类型信息。

　　二、类的加载和初始化

　　2.1 类的加载

　　当程序要使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过加载，连接，初始化三步来实现对这个类的初始化。

• 加载
  • 就是指class文件读入内存，并为之创建一个Class对象（下文会详细介绍）
  • 任何类被使用时系统都会为之建立一个Class对象。
• 连接
  • 验证 是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致
  • 准备 负责为类的静态成员分配内存，并设置默认初始化值
  • 解析 对类中的接口、类、方法、变量的符号引用进行解析并定位，解析成直接引用（符号引用就是编码时用字符串表示某个变量、接口的位置，直接引用就是根据符号引用翻译出来的地址）
• 初始化
  • 初始化Java代码和静态Java代码块，即在内存中建立java内存模型

　　2.2 类的加载时机

• 第一次创建类的实例
• 访问类的静态变量，或者为静态变量赋值
• 调用类的静态方法
• 使用反射方法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命令来运行某个类

　　2.3类加载器

• Bootstrap ClassLoader 根类加载器
• Extension ClassLoader 扩展类加载器
• System ClassLoader 系统类加载器

• Bootstrap ClassLoader 根类加载器
  • 　　也被称为引导类的加载器，负责Java核心类的加载
    • 　　　　比如System String等，在JDK中JRE的lib目录下rt.jar文件中
• Extension ClassLoader扩展类加载器
  • 　　负责JRE的扩展目录中jar包的加载
    • 　　　　在JDK中JRE的lib目录下ext目录
• System ClassLoader系统类加载器
  • 　　负责在JVM启动时加载来自java命令的class文件，以及classpath环境变量所指定的jar包和类型

　　2.4 双亲委派模型

　　类加载器Java类如同其他的Java类一样，也是要由类加载器来加载的。除了启动类根类加载器每个类都有其父类加载器（父子关系有组合（不是继承）来实现）。

　　所谓双亲委派模型是指每次收到类加载请求时，先将请求委派给父类加载器完成（所有加载请求最终会委派到顶层的Bootstrap Class Loader加载器中），如果父类加载器无法完成这个加载（该加载器的搜索范围没有找到对应的类），子类尝试自己加载。

　　　　　　双亲委派好处

• • • 避免同一个类被加载多次
    • 每个加载 器只能加载自己范围内的类

三、Class类

　　Class类封装一个对象和接口的运行时的状态（即在这个类的对象中记录每个对象所属的类，保存类的类型信息）。操作类对象在使用前会经历上文所说的加载过程（加载、裂解和初始化），并为之创建一个Class类的对象---Class对象，存放在操作类的.class文件中。这个Class类对象与操作类class是一一对应的，即当一个操作类被加载后，就不会重复加载。而通过该class对象，就可以访问对应的class。我们可以把Class理解为一个类的标识对象，它相当于是一个类的铭牌。拿到一个Class，我们就可以找到对应的类。

注意，Class类没有公有（public）构造方法，因此不能显式地声明一个Class对象，只在类加载时创建。

从Class对象中可以获得的信息：

• • 获取到class所包含的构造器
  • 获取到class所包含的方法
  • 获取到class所包含的成员变量
  • 获取到class所包含的Annotation

另外，网上很多帖子说，一旦某个操作类的Class对象被载入内存，就用它来产生该操作类的所有对象！

获取Class对象的三种方式：

• • 调用Object类的getClass（）方法来得到Class对象，如：

 Dog dog;
 Class class = dog.getClass();

• • 使用Class类中的静态方法forName（string）获得与参数string对象的类的Class对象。例如

 Class class = Class.forName("Dog");

• • 任何类都具备一个静态的属性（class属性），可引用这个属性获得对应的Class对象，如：

 Class class = Dog.class;

Class类常用的方法：

• • getName()
  • o 返回由 类对象表示的实体（类，接口，数组类，原始类型或空白）的名称，作为 String 。
  • newInstance()
  • o 创建由此 类对象表示的类的新实例。
  • getClassLoader
  • o 返回该类的类加载器

四、Java类型信息

　　我们知道，我们的程序在运行时，某一个操作类可以回被实例化多个对象，一个程序也可能拥有若干个不同操作类的多个对象，那么Java如何在运行时识别对象所属和类的信息的呢？答案是运行时类型信息（Run-Time Type Identification),RTTI使得你可以在程序运行时发现和使用类型信息。

一、RTTI概要

1. 类型信息RTTI：即对象和类的信息，例如类的名字、继承的基类、实现的接口等。
2. 类型信息的作用：程序员可以在程序运行时发现和使用类型信息。
3. RTTI真正含义：运行时，识别一个对象的类型。

二、RTTI的实现方式

1. 传统RTTI：即在编译时已知道了所有的类型
2. 反射机制：在程序运行时发现和使用类的信息

三、传统RTTI的使用

 abstract class Shapes{
     void draw(){
         System.out.println(this+".draw()");
     }
     abstract public String toString();
 }

 class Circle extends Shapes{
     public String toString(){
         return "Circle";
     }
 }
 class Triangle extends Shapes{
     public String toString(){
         return "Triangle";
     }
 }
 class Square extends Shapes{
     public String toString(){
         return "Square";
     }
 }
 class Test{
     public static List<Shapes>getList(){
         List<Shapes> list_aShapes = Arrays.asList(new Circle,new Square,new Triangle);
     }
 }

 public class Shape{
     public static void main(String args[]){
         List<Shapes> list_aShapes = Test.getList();
         for(Shapes shape:list_aShapes){
             shape.draw();
         }
     }
 }

　　运行结果：Circle.draw()

　　Square.draw()

　　Triangle.draw()

　　结果分析：

　　上面代码中，shape对象只是一个泛化引用，显然一开始系统并不知道泛华引用的确切类型，我们希望使用的是shape对象对应的确切类型，这是，就需要系统使用RTTI。上例，只是打印出泛化引用的所有类型。进一步解析，Circle，Square，Triangle三个类都继承了抽象类Shape，现有一个List<Shape>的数组，存的是Circle,Square.Triangle的对象，当你拿出一个对象时，你只知道她是Shape类，但不知道它的具体类型。使用RTTI，可以查询到某个shape引用所指向对象的具体类型。

四、反射机制

　　java反射的官方介绍是 反射机制是在运行中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性。

　　反射机制能做什么？

1. 1. 在运行时判断任意一个类所属的类
   2. 在运行时构造任意一个类的对象
   3. 在运行时判断任意一个所具有的成员变量和方法
   4. 在运行时调用任意一个对象的方法
   5. 生成动态代理　　

　　其实，我们在学习框架时能够发现反射的广泛应用，通过反射和一个未知类型的对象打交道，Class类和java.lang.reflection类库一起对反射作技术支撑，该类库包含Field，Method和Constructor类，这些类的对象由JVM启动时创建，用以表示未知类里对应的成员。

　　关于反射的详细内容之后的文章会介绍！

五、传统RTTI和反射的共同点和区别

　　区别：

　　　　一、如果该类在编译前就已知。也就是该类在classPath路径下。这就是传统RTTI。

　　　　二、如果该类编译器未知，也就是在程序运行时才知道的。这就是反射

　　所以RTTI和反射的本质区别只是检查一个类的.class文件的时机不同，反射：.class 文件是在编译时不可获得的，所以在运行时打开和检查未知类的.class文件从而变已知。RTTI:  .class 文件是在编译时打开和检查。

　　相同点：都是基于Class类来执行的，都可以获取类的类型信息。

六、总述

　　其实大家会发现，相比于反射，我们基本不会接触到传统RTTI机制，这是为何呢？其实它的名字已经给出了答案，这是一个机制---传统RTTI机制，其实在Java很多地方都依赖于这个机制来实现，比如说多态（当我们把子类对象的引用赋给父类对象的情况时，需要使用RTTI去识别该对象所属的类），所以说这并不是可有可有的。我们也可以在网上的很多文章看到，很多文章都是把RTTI分为传统RTTI和反射，以阐述java类型信息的详情，这样我们即可以很好地学习反射，也搞清楚了Java在运行时对于对象的识别方法。