Java源码解析(2) —— Class(1)
Class —— 反射基石
Java基本类之一，反射机制的基础。其意义为：类的抽象，即对“类”做描述：比如类有修饰、字段、方法等属性，有获得该类的所有方法、所有公有方法等方法。同时，Class也是Java类型中最重要的一种，表示原始类型（引用类型）及基本类型。
声明
1.Class的源码太长，这里分4部分解析，一些方法的实现源代码较长，这里就没有贴出来了，我会着重将叙述其作用，至于其实现逻辑，以本人现有水平估计也很难一一讲解清晰，大家姑且看之，若其中有错误地方或未讲解明白的可留言探讨。
2.阅读该文前，若对反射和泛型知识有一定基础最好。
源码
public final
class Class implements java.io.Serializable,
java.lang.reflect.GenericDeclaration,
java.lang.reflect.Type,
java.lang.reflect.AnnotatedElement {
private static final int ANNOTATION= 0x00002000;//注释类型
private static final int ENUM = 0x00004000;//枚举类型
private static final int SYNTHETIC = 0x00001000;//合成类型，注0
//枚举是一种类（class），注释是一种接口（interface）
private transient String name;//全限定名（包+类名）
private native String getName0();//本地方法获取name属性
//注册本地方法
private static native void registerNatives();
static {
registerNatives();
}
private Class() {}//唯一私有构造方法，说明Class不可由用户构造实例
public String toString() {
//这里重写toString，只区别了接口和Class
return (isInterface() ? "interface " : (isPrimitive() ? "" : "class "))
+ getName();
}
//通过类全限定名获得该类（或接口）的Class对象（加载该类）
@CallerSensitive //注1
public static Class forName(String className)
throws ClassNotFoundException {
Class caller = Reflection.getCallerClass();
return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
}
@CallerSensitive
public static Class forName(String name, boolean initialize,
ClassLoader loader)
throws ClassNotFoundException
{
//initialize : 是否立即初始化该类，注2
//loader : 使用指定的类加载器加载
}
private static native Class forName0(String name, boolean initialize,
ClassLoader loader,
Class caller)
throws ClassNotFoundException;
//反射获得该类实例对象
@CallerSensitive
public T newInstance()
throws InstantiationException, IllegalAccessException
{
//JDK明言：本方法在当前Java内存模型下不一定是正确的
//反射获取该类实例对象，实例化对象不是通过new指令，而是直接
//通过本地方法获取类的公有构造方法（无参），然后通过Constructor的
//newInstance();方法实例化对象
//这个过程还要检查是否有权限反射实例化该对象
}
//缓存上面方法已获取的公有构造方法，供下次使用
private volatile transient Constructor cachedConstructor;
//缓存调用本方法的最初对象的类Class对象，供安全检查使用，见注1
private volatile transient Class newInstanceCallerCache;
//判断obj对象是否是该Class的实例
public native boolean isInstance(Object obj);
//判断cls是否是调用者同一类型或其子类类型
public native boolean isAssignableFrom(Class cls);
//判断该Class是否是接口类型
public native boolean isInterface();
//判断该Class是否是数组类型
public native boolean isArray();
//判断该Class是否是基本类型，注3（八大基本类型+一特殊基本类型）
public native boolean isPrimitive();
//判断该Class是否是注释类型
public boolean isAnnotation() {
return (getModifiers() & ANNOTATION) != 0;
}
//判断该Class是否是合成类型
public boolean isSynthetic() {
return (getModifiers() & SYNTHETIC) != 0;
}
public String getName() {
String name = this.name;
if (name == null)
this.name = name = getName0();//通过本地方法获取全路径类名
return name;
}
//获取加载该类的类加载器
@CallerSensitive
public ClassLoader getClassLoader() {
ClassLoader cl = getClassLoader0();
if (cl == null)
return null;
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();//注5
if (sm != null) {
ClassLoader.checkClassLoaderPermission(cl, Reflection.getCallerClass());
}
return cl;
}
native ClassLoader getClassLoader0();
//返回该类中变量字段的类型变量数组，按声明顺序排序，注4
public TypeVariable>[] getTypeParameters() {
if (getGenericSignature() != null)
return (TypeVariable>[])getGenericInfo().getTypeParameters();
else
return (TypeVariable>[])new TypeVariable[0];
}
//获得该类的直接父类的Class对象，如果该类是接口，则返回null
public native Class getSuperclass();
//返回带参数化类型的直接父类的类型
public Type getGenericSuperclass() {}
//获取该类的包路径
public Package getPackage() {
return Package.getPackage(this);
}
//获取该类直接实现的所有接口
public native Class[] getInterfaces();
//获取所有接口，同上面的不同之处在于，若超接口是参数化类型（泛型）则返回的是其实际类型
public Type[] getGenericInterfaces() {
if (getGenericSignature() != null)
return getGenericInfo().getSuperInterfaces();
else
return getInterfaces();
}
/**返回数组类型，若该类不是数组，返回null
* 如：A[] a = new A[];
* a.getClass().getComponentType()返回的是A类型（全路径名）
*/
public native Class getComponentType();
//返回这个类的修饰符的对应的int值，二者可通过Modifier.toString()转换
public native int getModifiers();
//获取该类的所有签名（标记）列表
public native Object[] getSigners();
//设置该类的签名，注意方法修饰是默认，所以只有同包下类可用
native void setSigners(Object[] signers);
/**
* 以上两个方法不是很懂具体用来干什么的，估计是和安全检查什么有关，因为
* setSigners()是默认修饰，只能同包下访问（这就是说，用户是用不了的）
*/
} 注0：合成类型，参考：synthetic Java合成类型
注1：@CallerSensitive注解，参考：JVM注解@CallSensitive（HEL_WOR）
注2：类的初始化
forName()方法默认是初始化类，不需要加载的的时候同时初始化类，需用forName的重载函数。类的加载、初始化可参考：Java类的加载
注3：Java基本数据类型
除了8大基本类型，还有void，详见：Java变量数据类型
注4：Java类型，详见：Type Java类型。
注5：关于Java安全策略之安全管理器，现可以参考：java安全沙箱（四）（xionghuiCoder）
概述
Class类，表示Java的基础类型（类+基本类型），是对Java类的抽象，描述的是类的信息，包括类的修饰符（public/private/protect/default/static/final等）、类的类型（一般类、枚举、注释、接口、数组等）、类的构造器、类的字段、类的方法等信息。所以在看待Class相关问题的时候应该从所有类的共性这个角度去看。注意，这里的类不是平常我们说的狭义上的类（class），而是广义上，包括了像接口、注释、数组等类型的类，下面若不特殊声明，类代表着广义上的类。
每一个类在JVM内存中，有一个唯一的对应的Class对象，这个对象有着该类的描述信息，所以运行时可以通过该Class类对象进行相应的操作，这就是Java的反射了。（Java基本类型也对应一个Class对象）
//获得Class对象的方法
//1.通过 类型.class 获得，适用于所有类型
Class str = String.class;
Class i = int.class;
Class d = Double[].class;
//2.通过 Object的getClass() 方法获得，适用于所有非基本类型
A a = new A(); Class ac = a.getClass();
//3.通过 Class.forName(String name) 方法获得
Class ac1 = Class.forName("com.fcc.test.A");//注意要用全限定名源码详解
1.forName
静态方法，通过类的全限定名加载类，返回该类的Class对象，forName有两个重载，forName(String)和forName(String, boolean, ClassLoader)，其中，第一个参数是类的全限定名，第二个参数是指加载该类的后是否初始化该类，默认是加载后并初始化该类，最后一个参数是指使用哪个类加载器加载该类，默认是使用当前类的类加载器加载该类。
2.newInstance
创建该Class对象对应的对象实例，只有当类具有公有的无参构造方法才能成功，否则抛异常，关于newInstance详见：newInstance和new（编辑中）。
3.getClassLoader
获得加载该类的类加载器，在本JVM（Oracle HotSopt），当本类的类加载器是引导类加载器（bootStrap）则返回的是null。（类的加载见上面注2。）
4.getTypeParameters
返回该类中声明（定义）的类变量数组，例如：
//关于TypeVariable详见注3
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception
{
Class cl = Main.class;
TypeVariable[] types = cl.getTypeParameters();
for(TypeVariable type : types){
System.out.println(type.getName());
}
}
}
K
V 5.getSuperclass
获得该Class的直接父类对应的Class对象，如果该Class是基本类型（包括void，注意是小写的关键字void，不是大写的类Void）、接口、注释，则返回null。
Class c0 = Main.class;//类,返回直接父类,泛型当做普通类处理
Class c1 = EnumA.class;//枚举类型,默认继承Enum类
Class c2 = int.class;//基本类型返回null
Class c3 = int[].class;//数组统一返回 class Object
Class c4 = InterfaceB.class;//接口也是返回null
Class c5 = Deprecated.class;//注释类型也返回null,c5.isInterface() 为true
System.out.println("类 : " + c0.getSuperclass());
System.out.println("枚举 : " + c1.getSuperclass());
System.out.println("基本类型 : " + c2.getSuperclass());
System.out.println("数组 : " + c3.getSuperclass());
System.out.println("接口 : " + c4.getSuperclass());
System.out.println("注释 : " + c5.getSuperclass());
//输出结果
类 : class java.lang.Object
枚举 : class java.lang.Enum
基本类型 : null
数组 : class java.lang.Object
接口 : null
注释 : null6.getGenericSuperclass
获得直接父类的类型，可以理解为在5的基础上，如果其是泛型，再获得其类型原型（但需要继承时显式表示）。
public class Main<K, V> {
public static void main(String[] args) throws Exception
{
Class c0 = ClassA.class;
Class c1 = EnumA.class;//枚举类型,默认继承Enum类
Class c2 = int.class;//基本类型返回null
Class c3 = ClassA[].class;//数组统一返回 class Object
Class c4 = InterfaceB.class;//接口也是返回null
Class c5 = Deprecated.class;//注释类型也返回null
System.out.println("类 : " + c0.getGenericSuperclass());
System.out.println("枚举 : " + c1.getGenericSuperclass());
System.out.println("基本类型 : " + c2.getGenericSuperclass());
System.out.println("数组 : " + c3.getGenericSuperclass());
System.out.println("接口 : " + c4.getGenericSuperclass());
System.out.println("注释 : " + c5.getGenericSuperclass());
System.out.println(c2.isInterface());
}
}
class ClassA<K,V> extends Main<K,V>{}//注1
//输出结果
类 : com.fcc.test.Main
枚举 : java.lang.Enum
基本类型 : null
数组 : class java.lang.Object
接口 : null
注释 : null
注1：如果是以下形式
class ClassA extends Main{}
则输出为：类 : com.fcc.test.Main 7.getInterfaces
8.getGenericInterfaces
getInterfaces/getGenericInterfaces这一对同getSuperclass/getGenericSuperclass类似，getInterfaces/getGenericInterfaces前者是获得该类直接实现的所有接口（不包括接口的父接口，也不包括父类实现的接口），后者是，如果接口是泛型，还原泛型的原型（但需要实现时显式表示，这一点同getGenericSuperclass类似）。不过不管是哪一对，要注意，返回值类型的不同。
Class c0 = ClassB.class;
Class[] ifaces = c0.getInterfaces();
for(Class c : ifaces){
System.out.println(c);
}
Type[] ifaces1 = c0.getGenericInterfaces();
for(Type c : ifaces1){
System.out.println(c);
}
class ClassB<E> extends ClassA implements InterfaceB<E>{}
//输出结果
interface com.fcc.test.InterfaceB
com.fcc.test.InterfaceB<E>