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? 作者?|??吳楠予

來源 |? urlify.cn/E3euIb

Java 底層

jvm，類加載，反射

Java語言是跨平臺語言，一段java代碼，經(jīng)過編譯成class文件后，能夠在不同系統(tǒng)的服務(wù)器上運(yùn)行；因為java語言中有虛擬機(jī)jvm，才有了跨平臺，java為了實現(xiàn)跨平臺，在jvm上投入了很大的研發(fā)開發(fā)資源。jvm是java的底層，本文學(xué)習(xí)探討下java的jvm及關(guān)聯(lián)的類加載和反射知識

JVM

JVM是Java Virtual Machine（Java虛擬機(jī)）的縮寫，JVM是一種用于計算設(shè)備的規(guī)范，它是一個虛構(gòu)出來的計算機(jī)，是通過在實際的計算機(jī)上仿真模擬各種計算機(jī)功能來實現(xiàn)的。
Java語言的一個非常重要的特點就是與平臺的無關(guān)性。而使用Java虛擬機(jī)是實現(xiàn)這一特點的關(guān)鍵。一般的高級語言如果要在不同的平臺上運(yùn)行，至少需要編譯成不同的目標(biāo)代碼。而引入Java語言虛擬機(jī)后，Java語言在不同平臺上運(yùn)行時不需要重新編譯。Java語言使用模式Java虛擬機(jī)屏蔽了與具體平臺相關(guān)的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼（字節(jié)碼），就可以在多種平臺上不加修改地運(yùn)行。Java虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼時，把字節(jié)碼解釋成具體平臺上的機(jī)器指令執(zhí)行。[1]

jvm的構(gòu)成

jvm周期：是在java程序執(zhí)行時運(yùn)行，程序結(jié)束時停止

jvm的基本結(jié)構(gòu)有：類加載子系統(tǒng)、本地方法棧、Java棧、方法區(qū)、Java堆、pc寄存器，垃圾回收，執(zhí)行引擎

類加載子系統(tǒng)

java是面向?qū)ο笳Z言，邏輯代碼中的類文件執(zhí)行邏輯前，是需要jvm讀取class文件并校驗初始化后才能使用的，包括變量，方法，構(gòu)造。

類加載系統(tǒng)可以認(rèn)為是在使用到j(luò)ava對像時（抽象），對java對象字節(jié)碼的讀取加載預(yù)編譯（具體），之后不再加載（讀取校驗一次）。

Java棧

棧是先進(jìn)后出的結(jié)構(gòu)，java棧時一塊線程私有的內(nèi)存空間，可以理解為一個java線程對應(yīng)一個java棧，棧和線程密切關(guān)聯(lián)，棧包含線程運(yùn)行的實時信息，如當(dāng)前運(yùn)行方法地址，方法中的瞬時變量等信息

方法區(qū)

在一個jvm實例的內(nèi)部，類型信息被存儲在一個稱為方法區(qū)的內(nèi)存邏輯區(qū)中。類型信息是由類加載器在類加載時從類文件中提取出來的。類(靜態(tài))變量也存儲在方法區(qū)中。

Java堆

java堆是和應(yīng)用程序關(guān)系最為密切的內(nèi)存空間，幾乎所有的對象都存放在堆上。并且java堆是完全自動化管理的，通過垃圾回收機(jī)制，垃圾對象會被自動清理，而不需要顯示的釋放。

pc寄存器

存放計算機(jī)下一步要執(zhí)行的指令的地址，

垃圾回收

因為程序運(yùn)行沒創(chuàng)建一個對象都需要使用硬件的內(nèi)存資源，不能無限使用，jvm的垃圾回收能夠自動回收不再使用的java對象，使內(nèi)存空間有效利用。垃圾回收線程是后臺執(zhí)行的，不需要認(rèn)為回收內(nèi)存垃圾，即使有垃圾回收方法調(diào)用，但并不能控制jvm如何去將一個對象失效回收。

執(zhí)行引擎

Java 字節(jié)碼指令指向特定邏輯得本地機(jī)器碼，而JVM 解釋執(zhí)行Java字節(jié)碼指令時，會直接調(diào)用字節(jié)碼指向得本地機(jī)器碼；

java底層由C語言編寫，執(zhí)行java程序時，jvm每讀取一個字節(jié)碼指令動作，執(zhí)行引擎就解析解釋執(zhí)行本地系統(tǒng)對應(yīng)的本地機(jī)器碼。

類加載

虛擬機(jī)把描述類的數(shù)據(jù)從 Class 文件加載到內(nèi)存，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗、轉(zhuǎn)換解析和初始化，最終形成可以被虛擬機(jī)直接使用的 Java 類型，這就是虛擬機(jī)的類加載機(jī)制。

在Java語言里面，類型的加載、連接和初始化過程都是在程序運(yùn)行期間完成的

雙親委派機(jī)制

作為軟件開發(fā)語言，java在安全方面也有很高的要求，所以類加載是有一套規(guī)則的，jre是java運(yùn)行時的環(huán)境，包括很多基本類，如java.lang.String 是字符串類，這個類很基礎(chǔ)也很重要，那在加載的時候不能允許加載的String類被篡改，java保證類加載安全，首先看是否已經(jīng)加載，如果沒有查看核心庫是否有此類，沒有此類才會去擴(kuò)展環(huán)境找類文件加載，這種機(jī)制保證了類在加載時的唯一性和安全性。

java類加載一般來說是詢問自己的parentClassLoader 加載，如果沒有加載成功，才自己加載，加載順序是自上而下

java.lang.ClassLoader 加載類方法

protected?Class?loadClass(String?name,?boolean?resolve)
????????throws?ClassNotFoundException
????{
????????synchronized?(getClassLoadingLock(name))?{
????????????//?First,?check?if?the?class?has?already?been?loaded
????????????Class?c?=?findLoadedClass(name);?//0.是否已加載
????????????if?(c?==?null)?{
????????????????long?t0?=?System.nanoTime();
????????????????try?{
????????????????????if?(parent?!=?null)?{
????????????????????????c?=?parent.loadClass(name,?false);?//1.沒有加載，首先通過父類加載器加載
????????????????????}?else?{
????????????????????????c?=?findBootstrapClassOrNull(name);?//1.沒有父類加載器時加載方式
????????????????????}
????????????????}?catch?(ClassNotFoundException?e)?{
????????????????????//?ClassNotFoundException?thrown?if?class?not?found
????????????????????//?from?the?non-null?parent?class?loader
????????????????}

????????????????if?(c?==?null)?{?
????????????????????//?If?still?not?found,?then?invoke?findClass?in?order
????????????????????//?to?find?the?class.
????????????????????long?t1?=?System.nanoTime();
????????????????????c?=?findClass(name);
?????//如果父類沒有加載到類，則使用findClass方法去加載類(這個方法可以重寫自定義)
????????????????????//?this?is?the?defining?class?loader;?record?the?stats
????????????????????sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1?-?t0);
????????????????????sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
????????????????????sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
????????????????}
????????????}
????????????if?(resolve)?{
????????????????resolveClass(c);
????????????}
????????????return?c;
????????}
????}

反射

反射是Java重要的技術(shù)點，在框架開發(fā)，AOP切面編程代理等方面都需要反射方面的技術(shù)去實現(xiàn)。

Java反射機(jī)制主要提供了以下功能：

在運(yùn)行時判斷任意一個對象所屬的類。
在運(yùn)行時構(gòu)造任意一個類的對象。
在運(yùn)行時判斷任意一個類所具有的成員變量和方法。
在運(yùn)行時調(diào)用任意一個對象的方法。
生成動態(tài)代理。

反射相關(guān)的類

Class 類的字節(jié)碼對象

Field 類的屬性

Method 類的方法

Constructor 類的構(gòu)造方法

Annotation 類（方法字段）的注解

反射的使用

一般使用

模擬事務(wù)的注解

@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
public?@interface?defTransaction?{

}

普通封裝對象

public?interface?People?{

?String?getName();
?void?setName(String?name);
?Integer?getAge();
?void?setAge(Integer?age);
?BigDecimal?getMoney();
?void?setMoney(BigDecimal?money);
?@defTransaction
?void?addMoney(BigDecimal?addNum);
?@defTransaction
?void?subTractMoney(BigDecimal?subNum);
?
}

public?class?TestPeople?implements?People{
?
?//?姓名
?public?String?name;
?
?//?年齡
?private?Integer?age;
?
?//?錢
?private?BigDecimal?money;
?
?public?String?getName()?{
??return?name;
?}
?
?public?void?setName(String?name)?{
??this.name?=?name;
?}
?public?Integer?getAge()?{
??return?age;
?}
?public?void?setAge(Integer?age)?{
??this.age?=?age;
?}
?public?BigDecimal?getMoney()?{
??return?money;
?}
?public?void?setMoney(BigDecimal?money)?{
??this.money?=?money;
?}

?@Override
?public?void?addMoney(BigDecimal?addNum)?{
??this.money?=?this.money.add(addNum);
??
?}

?@Override
?public?void?subTractMoney(BigDecimal?subNum)?{
??this.money?=?this.money.subtract(subNum);
?}??
}

反射測試類

public?class?ReflectTest?{

?public?static?void?main(String[]?args)?{
??//?普通對象創(chuàng)建?使用new
??People?testPeople?=?new?TestPeople();
??testPeople.setName("Frank");
??testPeople.setAge(18);
??testPeople.setMoney(new?BigDecimal(10));
??System.out.println("json:"?+?JsonUtil.objectToJson(testPeople));
??
??//?反射創(chuàng)建對象?class.newInstance()
??ClassLoader?contextClassLoader?=?Thread.currentThread().getContextClassLoader();
??try?{
???Class?clazz?=?contextClassLoader.loadClass("com.domoment.leaves.common.util.reflect.TestPeople");
???if(clazz?!=?null)?{
?????Object?people?=?clazz.newInstance();
?????System.out.println("newInstance?start?json:"?+?JsonUtil.objectToJson(people));
?????
?????//?通過反射執(zhí)行方法
?????Method?setName?=?clazz.getMethod("setName",?String.class);
?????setName.invoke(people,?"inoverFrank");
?????
?????
?????System.out.println("newInstance?end?json:"?+?JsonUtil.objectToJson(people));
?????
???}
??}?catch?(Exception?e)?{
???e.printStackTrace();
??}
?}
}

使用反射實現(xiàn)代理

代理類DefProxy （People是被代理類）

public?class?DefProxy?implements?InvocationHandler{

??//?這個就是我們要代理的真實對象
????private?Object?subject;
????
????//????構(gòu)造方法，給我們要代理的真實對象賦初值
????public?DefProxy(Object?subject){
????????this.subject?=?subject;
????}
????
?@Override
?public?Object?invoke(Object?proxy,?Method?method,?Object[]?args)?throws?Throwable?{
??Annotation[]?annotations?=?method.getDeclaredAnnotations();
??boolean?transactionOpen?=?false;
??for?(Annotation?annotation?:?annotations)?{
???if(annotation?instanceof?defTransaction)?{
????transactionOpen?=?true;
????break;
???}
??}
??if(transactionOpen)?{?//當(dāng)方法上有?defTransaction?注解時，執(zhí)行方法前開啟事務(wù)
???System.out.println("open?Transaction");
??}
??System.out.println("proxy:"?+?method.getName());
??Object?result?=?method.invoke(subject,?args);
??
??if(transactionOpen)?{?//當(dāng)方法上有?defTransaction?注解時，執(zhí)行方法后關(guān)閉事務(wù)
???System.out.println("close?Transaction");
??}
??return?result;
?}

}

代理測試代碼

public?class?ReflectTest?{

?public?static?void?main(String[]?args)?{
??//?反射創(chuàng)建對象
??ClassLoader?contextClassLoader?=?Thread.currentThread().getContextClassLoader();
??try?{
???Class?clazz?=?contextClassLoader.loadClass("com.domoment.leaves.common.util.reflect.TestPeople");
???if(clazz?!=?null)?{
?????Object?people?=?clazz.newInstance();
?????System.out.println("newInstance?start?json:"?+?JsonUtil.objectToJson(people));
?????
?????
?????Method?setName?=?clazz.getMethod("setName",?String.class);
?????setName.invoke(people,?"inoverFrank");
?????
?????System.out.println("newInstance?end?json:"?+?JsonUtil.objectToJson(people));
?????
?????InvocationHandler?handler?=?new?DefProxy(people);
?????
?????????????????//?構(gòu)造代理對象
?????People?proxyPeople?=?(People)Proxy.
???????newProxyInstance(handler.getClass().getClassLoader(),?people.getClass().getInterfaces(),?handler);

?????proxyPeople.setName("proxySetFrank");
?????proxyPeople.setAge(20);
?????proxyPeople.setMoney(new?BigDecimal(999));
?????System.out.println("proxyPeople?end?json:"?+?JsonUtil.objectToJson(people));
?????proxyPeople.addMoney(new?BigDecimal(20));
?????System.out.println("proxyPeople?add?json:"?+?JsonUtil.objectToJson(people));
?????proxyPeople.subTractMoney(new?BigDecimal(17));
?????System.out.println("proxyPeople?end?json:"?+?JsonUtil.objectToJson(people));
?????
???}
??}?catch?(Exception?e)?{
???e.printStackTrace();
??}
?}
}

控制臺打印

newInstance?start?json:{}
newInstance?end?json:{"name":"inoverFrank"}
proxy:setName
proxy:setAge
proxy:setMoney
proxyPeople?end?json:{"name":"proxySetFrank","age":20,"money":999}
open?Transaction
proxy:addMoney
close?Transaction
proxyPeople?add?json:{"name":"proxySetFrank","age":20,"money":1019}
open?Transaction
proxy:subTractMoney
close?Transaction
proxyPeople?end?json:{"name":"proxySetFrank","age":20,"money":1002}

可以看到方法上有 defTransaction 注解的時候，

方法執(zhí)行前打印 open Transaction

方法執(zhí)行后打印 close Transaction

這是模擬，真實場景就可以將打印改為代理時擴(kuò)展方法，如數(shù)據(jù)庫操作時候，開啟關(guān)閉事務(wù)

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Java jvm 類加載 反射