以Java執行Class為中心

一、Java執行Class的概述

Java是一種面向對象的編程語言，它的核心思想之一就是通過Class來實現面向對象的編程。在Java中，每個類都是由一個或多個Class組成的，Class代表了一個Java類或者介面的元信息。Java程序在執行時需要載入和連接Class，然後才能夠對其進行實例化和調用操作。因此，在Java中，以Java執行Class為中心是非常重要的。

二、Java執行Class的分類

Java執行Class可以分為以下三種類型：

1.系統類

系統類是由Java虛擬機(JVM)提供的類，例如java.lang.Object、java.lang.String等。這些類通常位於JVM的class路徑下，可以被整個JVM使用。

public class SystemClass {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        String str = new String("Java");
        System.out.println(obj.getClass());
        System.out.println(str.getClass());
    }
}

2.應用類

應用類是用戶自定義的類，它們通常被應用程序開發者編寫並打包成jar文件，然後在應用程序中進行使用。應用類可以通過Java的類載入機制進行載入。

public class ApplicationClass {
    public static void main(String[] args) {
        MyClass myClass = new MyClass();
        System.out.println(myClass.getClass());
    }
}

class MyClass {
    // some code...
}

3.擴展類

擴展類是由JVM擴展提供的類，例如javax.swing.JFrame、javax.swing.JButton等。這些類通常位於JRE的擴展目錄下，可以被整個JVM使用。擴展類也可以通過Java的類載入機制進行載入。

public class ExtensionClass {
    public static void main(String[] args) {
        JFrame frame = new JFrame();
        JButton button = new JButton("Click me");
        frame.add(button);
        frame.setSize(300, 200);
        frame.setVisible(true);
        System.out.println(frame.getClass());
        System.out.println(button.getClass());
    }
}

三、Java執行Class的載入

Java程序在執行時，需要從磁碟、網路等地方獲取Class位元組碼並將其載入到內存中，然後才能夠對其進行實例化和調用操作。Java使用類載入器來完成Class的載入任務。類載入器可以分為以下三種：

1.引導類載入器

引導類載入器是虛擬機自身的一部分，它負責載入JVM需要的基礎類，如java.lang.Object、java.lang.String等。這些類在整個Java應用程序中都是可以被訪問的。

2.擴展類載入器

擴展類載入器負責載入JRE擴展目錄下的Class，例如javax.swing.JFrame等。這些類在整個Java應用程序中都是可以被訪問的。

3.應用程序類載入器

應用程序類載入器負責載入應用程序的Class，例如用戶自定義的Class。這些類只在應用程序內部被訪問。

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 獲取當前線程的類載入器
        ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        // 載入org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate類
        try {
            Class clazz = classLoader.loadClass("org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate");
            System.out.println(clazz);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

四、Java執行Class的鏈接

Java程序在載入完Class之後，需要進行鏈接操作，包括驗證、準備和解析三個步驟。

1.驗證

驗證步驟用來確保所載入的Class是符合Java規範的，包括格式檢查、語義檢查、位元組碼檢查等。

2.準備

準備步驟用來分配所載入的Class所需的空間，並設置默認值。例如，對於一個int型的成員變數，它將會被分配4個位元組的空間，並設置為0。

3.解析

解析步驟用來將被載入的Class中的符號引用解析為實際引用，並進行相關的鏈接處理，如常量池解析、類或介面的解析等。

public class LinkageDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkageDemo demo = new LinkageDemo();
        demo.sayHello();
    }

    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

五、Java執行Class的初始化

Java程序在鏈接完Class之後，還需要進行初始化操作，包括靜態變數賦值、靜態代碼塊調用等。Java採用了Lazyloading的思想，即在第一次使用該Class時才會進行初始化。

public class InitializationDemo {
    static {
        System.out.println("InitializationDemo被初始化了");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 輸出InitializationDemo被初始化了
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

六、Java執行Class的卸載

Java程序在執行時，如果某一個Class已經不再使用，那麼它將會被JVM的垃圾回收器回收。當一個Class被回收之後，可以對其進行重新載入和執行操作。

public class UnloadingDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 創建一個自定義類載入器
        MyClassLoader loader = new MyClassLoader();
        // 載入並執行HelloWorld類
        Class clazz = loader.loadClass("HelloWorld");
        try {
            clazz.getMethod("sayHello").invoke(clazz.newInstance());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 卸載HelloWorld類
        ((MyClassLoader) clazz.getClassLoader()).unloadClass("HelloWorld");
    }
}

class MyClassLoader extends ClassLoader {
    private Map<String, Class> classes = new HashMap();

    @Override
    protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] classBytes = getClassBytes(name);
        Class clazz = defineClass(name, classBytes, 0, classBytes.length);
        classes.put(name, clazz);
        return clazz;
    }

    private byte[] getClassBytes(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            InputStream is = ClassLoader.getSystemResourceAsStream(name.replace(".", "/") + ".class");
            ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buff = new byte[2048];
            int len = 0;
            while ((len = is.read(buff)) != -1) {
                outputStream.write(buff, 0, len);
            }
            return outputStream.toByteArray();
        } catch (Exception e) {
            throw new ClassNotFoundException(name);
        }
    }

    public void unloadClass(String name) {
        classes.remove(name);
    }
}

class HelloWorld {
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}