2018-10-03

《深入理解Java虚拟机》 类 & Class对象/反射

———— JDK 1.7

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深入理解Java虚拟机

class

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在类加载成功之后，便以Class对象的形式保存在内存中。可以将Class对象理解成实例对象的元数据，通过Class对象中描述的类型信息，便可以创建对应的实例对象，从而进行方法调用，以及字段修改。那么，便可以通过反射根据运行时获取的类型信息来创建实例，而且可以跳过访问权限的限制访问字段和方法

1. Class

Class对象被用来描述某种类型，但是类型有很多种，那么如何区分描述的是哪种类型？其实觉得这里可以将Class对象理解成一个类型属性的容器，其中包括了构造器Constructor，字段Field，方法Method，注解等信息，而至于是哪种类型，则可以通过泛型来表示

• 关于Class对象的获取

1. 如果在编译期间类型已知，则可以直接通过类型字面量获取，比如Class<Object> clazz = Object.class;，不过使用类型字面量的方式并不会触发Class对象的初始化，它被延迟到首次对静态域，或者静态方法的引用（构造器也是静态调用）

2. 如果已经存在类型对应的实例，则可以直接通过实例调用Object提供的getClass()方法，因为在使用类型信息创建对象时，会在对象头中（直接指针的方式）保留指向类型信息的引用

3. 如果上面信息都没有，那么可以通过类的全限定名由类加载器进行加载，Class提供了接口Class.forName()，由其帮忙调用加载器进行加载，当然也可以自己主动指定加载器。但是，这里的加载就会立即进行初始化了（如果没有加载过）。另外，对于加载器而言，它无法知道加载的是那种具体的类型信息，只知道是某种确定的类型，因此只能用Class<?>来接收

2. 反射

反射是Java作为动态语言的手段或者体现，为Java赋予了更多的灵活性，它是很多框架（比如spring、mybatis），以及动态代理实现的基础。在Class对象中，我们可以拿到类型的种种信息，比如构造器，字段和方法等，而这些信息也各自定义了对应的类型来表示，其中定义了各自可以支持的操作和使用方式，当然这些信息类型以及Class对象自己所属的类型都由虚拟机自身所定义。

下面简单整理一些常见的反射使用场景

2.1. Constructor

最常见的就是通过反射创建实例，如果是默认构造器，则可以直接通过Calss对象提供的newInstance()创建，否则需要获取对应的构造器，而构造器通过Constructor来封装，Class对象提供了getConstructors()以及getDeclaredConstructor()接口来获取类型实例的构造器列表，区别在于获取的是public还是所有的，有了构造器之后便可以调用其newInstance(..)来创建对应的实例

2.2. Method

一般情况下，是先有对象，然后再调用其方法，但Method提供了invoke(...)接口，它本身表示一个方法实例，但它可以帮忙通过指定的实例来调用。同样的，Class对象也提供了getMethods()以及getDeclaredMethods()接口来获取方法列表

2.3. Field

对于字段也是类似的，获取到类型中定义的字段Field之后，便可以为对应的实例进行赋值，但是要求先判断字段本身的所属类型，另外如果字段本身并不可见，则先要通过setAccessible(true)来设置其可访问

2.4. 注解

对于类Class、方法Method、以及字段Field上的注解，各自都提供了getAnnotation(XX.class)接口来获取，注解可以简单理解成一种附属在字段或方法上的只读标记，通常这些注解信息可以表示某种处理方式获取其它含义。

2.5. 泛型

其实，相比于类型Class，还有更高层的抽象Type，它包括原始类型、参数化类型、数组类型、类型变量以及基本类型等

java.lang.reflect.Type

public interface Type {

    default String getTypeName() {
        return toString();
    }
}

对于参数化类型，可以通过反射获取其类型参数，比如：

public class Person<T> {

}

Class clazz = Person.class;
TypeVariable type = clazz.getTypeParameters()[0]; // T

在继承参数化类型时，可以选择保留或者使用具体类型，比如

public class Man<T> extends Person<T> {

}

或者

public class Man extends Person<String> {

}

此时可能希望通过父类获取其实际使用的参数类型

Type type = clazz.getGenericSuperclass();
if(type instanceof ParameterizedType){
	ParameterizedType p = (ParameterizedType)type;
	Type t = p.getActualTypeArguments()[0]; // T 或者 java.lang.String
}

类似的，对于泛型接口的实现也一样，比如HashMap中判断目标实例是否为Comparable并且符号自限定类型的判断

java.util.HashMap

static Class<?> comparableClassFor(Object x) {
    if (x instanceof Comparable) {
        Class<?> c; Type[] ts, as; Type t; ParameterizedType p;
        if ((c = x.getClass()) == String.class){ // 如果是String直接返回
            return c;
        }

        if ((ts = c.getGenericInterfaces()) != null) {  // 获取并遍历所有实现的接口
            for (int i = 0; i < ts.length; ++i) { 
                if (((t = ts[i]) instanceof ParameterizedType) // 是参数化类型接口
                        && ((p = (ParameterizedType)t).getRawType() == Comparable.class) // 接口是Comparable
                        && (as = p.getActualTypeArguments()) != null // 类型参数不为空
                        && as.length == 1  // 类型参数只有一个
                        && as[0] == c) // 类型参数为自己
                    return c; 
            }
        }
    }
    return null; 
}

2.6. CallerSensitive

在反射Api中，即java.lang.reflect下面，经常会看到注解@CallerSensitive，其目的是找到真正的调用者，但由于嵌套调用的关系，它需要忽略掉api自身的调用，因此就给自己定义的方法添加@CallerSensitive进行标记，这样在检查调用链时发现@CallerSensitive就直接跳过，直到发现真正的调用者。

以前的做法是检查固定深度，这样有一个问题，如果本来调用者没有访问权限，他可以修改调用链深度来骗过检查。比如：调用者->反射1->反射2 这样的调用链上，反射2检查权限时如果检查深度固定为1，那么看到的将是反射1的类，这就被欺骗了，而反射相关的类通常有很高的权限，容易导致安全漏洞。

参考：

1. 《深入理解java虚拟机》

《深入理解Java虚拟机》 类 & 对象创建/访问（HotSpot） 《深入理解Java虚拟机》 类 & 加载

深入理解Java虚拟机

class