【Java核心技術】類型信息(Class對象 反射 動態代理)

1 Class對象

理解RTTI在Java中的工作原理，首先需要知道類型信息在運行時是如何表示的，這是由Class對象來完成的，它包含了與類有關的信息。Class對象就是用來創建所有“常規”對象的，Java使用Class對象來執行RTTI，即使你正在執行的是類似類型轉換這樣的操作。

 

每個類都會產生一個對應的Class對象，也就是保存在.class文件。所有類都是在對其第一次使用時，動態加載到JVM的，當程序創建一個對類的靜態成員的引用時，就會加載這個類。Class對象僅在需要的時候才會加載，static初始化是在類加載時進行的。類加載器首先會檢查這個類的Class對象是否已被加載過，如果尚未加載，默認的類加載器就會根據類名查找對應的.class文件。

 

想在運行時使用類型信息，必須獲取對象(比如類Base對象)的Class對象的引用，使用功能Class.forName(“Base”)可以實現該目的，或者使用base.class。注意，有一點很有趣，使用功能”.class”來創建Class對象的引用時，不會自動初始化該Class對象，使用forName()會自動初始化該Class對象。使用”.class”不會自動初始化是因為被延遲到了對靜態方法（構造器隱私地是靜態的）或者非常數靜態域進行首次引用時才進行。

為了使用類而做的准備工作一般有以下3個步驟：

• 加載：由類加載器完成，找到對應的字節碼，創建一個Class對象
• 鏈接：驗證類中的字節碼，為靜態域分配空間
• 初始化：如果該類有超類，則對其初始化，執行靜態初始化器和靜態初始化塊

public class Base {
    static int num = 1;
 
    static {
        System.out.println("Base " + num);
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 不會初始化靜態塊
        Class clazz1 = Base.class;
        System.out.println("------");
        // 會初始化
        Class clazz2 = Class.forName("zzz.Base");
    }
}

 

類型轉換前先做檢查

編譯器將檢查類型向下轉型是否合法，如果不合法將拋出異常。向下轉換類型前，可以使用instanceof判斷。

class Base { }
class Derived extends Base { }
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
       Base base = new Derived();
       if (base instanceof Derived) {
           // 這里可以向下轉換了
           System.out.println("ok");
       }
       else {
           System.out.println("not ok");
       }
    }
}

 

2 反射 運行時信息

如果不知道某個對象的確切類型，RTTI可以告訴你，但是有一個前提：這個類型在編譯時必須已知，這樣才能使用RTTI來識別它。Class類與java.lang.reflect類庫一起對反射進行了支持，該類庫包含Field、Method和Constructor類，這些類的對象由JVM在啟動時創建，用以表示未知類里對應的成員。

 

反射機制並沒有什么神奇之處，當通過反射與一個未知類型的對象打交道時，JVM只是簡單地檢查這個對象，看它屬於哪個特定的類。因此，那個類的.class對於JVM來說必須是可獲取的，要么在本地機器上，要么從網絡獲取。所以對於RTTI和反射之間的真正區別只在於：

● RTTI，編譯器在編譯時打開和檢查.class文件

● 反射，運行時打開和檢查.class文件

 

class Base { }
class Derived extends Base { }
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
       Base base = new Derived();
       if (base instanceof Derived) {
           // 這里可以向下轉換了
           System.out.println("ok");
       }
       else {
           System.out.println("not ok");
       }
    }
}

 

3 動態代理

代理模式是為了提供額外或不同的操作，而插入的用來替代”實際”對象的對象，這些操作涉及到與”實際”對象的通信，因此代理通常充當中間人角色。Java的動態代理比代理的思想更前進了一步，它可以動態地創建並代理並動態地處理對所代理方法的調用。在動態代理上所做的所有調用都會被重定向到單一的調用處理器上，它的工作是揭示調用的類型並確定相應的策略。以下是一個動態代理示例：

public interface Hello {
    void doSomething();
}
 
public class HelloImpl implements Hello {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("HelloImpl doSomething");
    }
}
 
/**
 * 代理類
 */
public class ProxyHandler implements InvocationHandler {
    private Object proxyed;
 
    public ProxyHandler(Object proxy) {
        proxyed = proxy;
    }
 
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        System.out.println("proxy working");
        return method.invoke(proxyed, args);
    }
}
 
public static void main(String[] args) {
    Hello hello = new HelloImpl();
    Hello proxy = (Hello) Proxy.newProxyInstance(Hello.class.getClassLoader(),
            new Class[]{Hello.class}, new ProxyHandler(hello));
 
    proxy.doSomething();
}

輸出結果：

 

通過調用Proxy靜態方法Proxy.newProxyInstance()可以創建動態代理，這個方法需要得到一個類加載器，一個你希望該代理實現的接口列表(不是類或抽象類)，以及InvocationHandler的一個實現類。動態代理可以將所有調用重定向到調用處理器，因此通常會調用處理器的構造器傳遞一個”實際”對象的引用，從而將調用處理器在執行中介任務時，將請求轉發。

 

參考資料：

1. 《Java編程思想》動態代理章節

2. 深入理解Java反射