一、java的核心機制
java有兩種核心機制:java虛擬機(JavaVirtual Machine)與垃圾收集機制(Garbage collection)：
1、Java虛擬機：是運行所有Java程序的抽象計算機，是Java語言的運行環境，在其上面運行Java代碼編譯后的字節碼程序，java虛擬機實現了平臺無關性。
2、Java垃圾回收(Garbage Collection)：自動釋放不用對象內存空間，在java程序運行過程中自動進行，垃圾收集機制可大大縮短編程時間，保護程序的完整性，是Java語言安全性策略的一個重要部份。
二、java虛擬機及其結構
java垃圾回收不需要程序員手動操作，我們經常需要關注的是java虛擬機，java虛擬機承載著程序從源碼到運行的全部工作。
Java虛擬機是可運行Java代碼的假想計算機，有自己想象中的硬件，如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應的指令系統，可以執行 Java 的字節碼程序。Java語言的一個非常重要的特點就是與平臺的無關性。而使用Java虛擬機是實現這一特點的關鍵。Java語言使用模式Java虛擬機屏蔽了與具體平臺相關的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼(字節碼)，就可以在多種平臺上不加修改地運行。Java虛擬機在執行字節碼時，把字節碼解釋成具體平臺上的機器指令執行。
三、程序的運行過程
從源文件創建到程序運行，Java程序要經過兩大步驟：編譯，運行;1、源文件由編譯器編譯成字節碼(ByteCode) 2、字節碼由java虛擬機解釋運行。
1、 第一步(編譯): 創建完源文件之后，程序會被編譯器編譯為.class文件。Java編譯一個類時，如果這個類所依賴的類還沒有被編譯，編譯器就會先編譯這個被依賴的類，然后引用，否則直接引用。。編譯后的字節碼文件格式主要分為兩部分：常量池和方法字節碼。
2、第二步(運行)：java類運行的過程大概可分為兩個過程：1、類的加載 2、執行。
四、類的加載
類加載過程
java程序經過編譯后形成.class文件。通過類加載器將字節碼(.class)加載入JVM的內存中。JVM將類加載過程分成加載，連接，初始化三個階段，其中連接階段又可分為驗證，準備，解析三個階段。
1、Bootstrap ClassLoader啟動類加載器
負責加載$JAVA_HOME中jre/lib/里所有的 class(JDK 代表 JDK 的安裝目錄，下同)，或被-Xbootclasspath參數指定的路徑中的，并且能被虛擬機識別的類庫(如 rt.jar，所有的java.*開頭的類均被 Bootstrap ClassLoader 加載)。啟動類加載器由 C++ 實現，不是 ClassLoader 子類。無法被 Java 程序直接引用的。
2、Extension ClassLoader擴展類加載器
該加載器由sun.misc.LauncherExtClassLoader實現，負責加載Java平臺中擴展功能的一些jar包，包括ExtClassLoader實現，負責加載Java平臺中擴展功能的一些jar包，包括JAVA_HOME中jre/lib/.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的 jar 包。即JDKjrelibext目錄中，或者由 java.ext.dirs 系統變量指定的路徑中的所有類庫(如javax.開頭的類)，開發者可以直接使用擴展類加載器
3、App ClassLoader應用程序類加載器
該類加載器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 來實現，負責記載 classpath 中指定的 jar 包及目錄中 class，開發者可以直接使用該類加載器，如果應用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個就是程序中默認的類加載器。
啟動類加載器：它使用 C++ 實現(這里僅限于 Hotspot，也就是 JDK1.5 之后默認的虛擬機，有很多其他的虛擬機是用 Java 語言實現的)，是虛擬機自身的一部分。
所有其他的類加載器：這些類加載器都由 Java 語言實現，獨立于虛擬機之外，并且全部繼承自抽象類 java.lang.ClassLoader，這些類加載器需要由啟動類加載器加載到內存中之后才能去加載其他的類。
應用程序都是由這三種類加載器互相配合進行加載的，我們還可以加入自定義的類加載器。
加載
加載時類加載過程的第一個階段，在加載階段，虛擬機需要完成以下三件事情：
1、通過一個類的全限定名來獲取其定義的二進制字節流。
2、將這個字節流所代表的靜態存儲結構轉化為方法區的運行時數據結構。
3、在 Java 堆中生成一個代表這個類的 java.lang.Class 對象，作為對方法區中這些數據的訪問入口。
注意，這里第 1 條中的二進制字節流并不只是單純地從 Class 文件中獲取，比如它還可以從 Jar 包中獲取、從網絡中獲取(典型的應用便是 Applet)、由其他文件生成(JSP 應用)等。
相對于類加載的其他階段而言，加載階段(準確地說，是加載階段獲取類的二進制字節流的動作)是可控性強的階段，因為開發人員既可以使用系統提供的類加載器來完成加載，也可以自定義自己的類加載器來完成加載。
(JVM主要在程序第一次主動使用類的時候，才會去加載該類。也就是說，JVM并不是在一開始就把一個程序就所有的類都加載到內存中，而是到用的時候才把它加載進來，而且只加載一次。)
加載過程中會先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從 Custom ClassLoader 到 BootStrap ClassLoader 逐層檢查，只要某個 Classloader 已加載就視為已加載此類，保證此類只所有 ClassLoade r加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來逐層嘗試加載此類。
這種層次關系稱為類加載器的雙親委派模型。雙親委派模型的工作流程是：
如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把請求委托給父加載器去完成，依次向上，因此，所有的類加載請求終都應該被傳遞到頂層的啟動類加載器中，只有當父加載器在它的搜索范圍中沒有找到所需的類時，即無法完成該加載，子加載器才會嘗試自己去加載該類。
驗證
驗證的目的是為了確保 Class 文件中的字節流包含的信息符合當前虛擬機的要求，而且不會危害虛擬機自身的安全。不同的虛擬機對類驗證的實現可能會有所不同，但大致都會完成以下四個階段的驗證：文件格式的驗證、元數據的驗證、字節碼驗證和符號引用驗證。
準備
準備階段是正式為類變量分配內存并設置類變量初始值的階段，這些內存都將在方法區中分配。對于該階段有以下幾點需要注意：
1、這時候進行內存分配的僅包括類變量(static)，而不包括實例變量，實例變量會在對象實例化時隨著對象一塊分配在 Java 堆中。
2、這里所設置的初始值通常情況下是數據類型默認的零值(如 0、0L、null、false 等)，而不是被在 Java 代碼中被顯式地賦予的值。
解析
解析階段是虛擬機將常量池中的符號引用轉化為直接引用的過程。
解析動作主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法四類符號引用進行，分別對應于常量池中的 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info 四種常量類型。
1、類或接口的解析：判斷所要轉化成的直接引用是對數組類型，還是普通的對象類型的引用，從而進行不同的解析。
2、字段解析：對字段進行解析時，會先在本類中查找是否包含有簡單名稱和字段描述符都與目標相匹配的字段，如果有，則查找結束;如果沒有，則會按照繼承關系從上往下遞歸搜索該類所實現的各個接口和它們的父接口，還沒有，則按照繼承關系從上往下遞歸搜索其父類，直至查找結束。
初始化
類初始化是類加載過程的后一個階段，到初始化階段，才真正開始執行類中的 Java 程序代碼。虛擬機規范嚴格規定了有且只有四種情況必須立即對類進行初始化：
1、 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 這四條字節碼指令時，如果類還沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。生成這四條指令常見的 Java 代碼場景是：使用 new 關鍵字實例化對象時、讀取或設置一個類的靜態字段(static)時(被 static 修飾又被 final 修飾的，已在編譯期把結果放入常量池的靜態字段除外)、以及調用一個類的靜態方法時。
2、 使用 Java.lang.refect 包的方法對類進行反射調用時，如果類還沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。
3、當初始化一個類的時候，如果發現其父類還沒有進行初始化，則需要先觸發其父類的初始化。
4、當虛擬機啟動時，用戶需要指定一個要執行的主類，虛擬機會先執行該主類。
虛擬機規定只有這四種情況才會觸發類的初始化，稱為對一個類進行主動引用，除此之外所有引用類的方式都不會觸發其初始化，稱為被動引用。
五、靜態加載和動態加載
Java初始化一個類的時候可以用new 操作符來初始化,也可通過Class.forName的方式來得到一個Class類型的實例,然后通過這個Class類型的實例的newInstance來初始化.我們把前者叫做JAVA的靜態加載,把后者叫做動態加載.。
有時候我們說某個語言具有很強的動態性，有時候我們會區分動態和靜態的不同技術與作法。我們朗朗上口動態綁定(dynamic binding)、動態鏈接(dynamic linking)、動態加載(dynamic loading)等。然而“動態”一詞其實沒有絕對而普遍適用的嚴格定義，有時候甚至像面向對象當初被導入編程領域一樣，一人一把號，各吹各的調。
一般而言，開發者社群說到動態語言，大致認同的一個定義是：“程序運行時，允許改變程序結構或變量類型，這種語言稱為動態語言”。從這個觀點看，Perl，Python，Ruby是動態語言，C++，Java，C#不是動態語言。
盡管在這樣的定義與分類下Java不是動態語言，它卻有著一個非常突出的動態相關機制：Reflection。Java程序可以加載一個運行時才得知名稱的class，獲悉其完整構造(但不包括methods定義)，并生成其對象實體、或對其fields設值、或喚起其methods。
1、靜態加載的時候如果在運行環境中找不到要初始化的類,拋出的是NoClassDefFoundError,它在JAVA的異常體系中是一個Error.
2、動態態加載的時候如果在運行環境中找不到要初始化的類,拋出的是ClassNotFoundException,它在JAVA的異常體系中是一個checked異常,在寫代碼的時候就需要catch.
六、反射
JAVA反射機制：
在運行狀態中，對于任意一個類，都能夠知道這個類的所有屬性和方法;對于任意一個對象，都能夠調用它的任意一個方法和屬性;這種動態獲取的信息以及動態調用對象的方法的功能稱為java語言的反射機制。
Java反射機制主要提供了以下功能：
在運行時判斷任意一個對象所屬的類;在運行時構造任意一個類的對象;在運行時判斷任意一個類所具有的成員變量和方法;在運行時調用任意一個對象的方法;生成動態代理。
Java有個Object 類，是所有Java 類的繼承根源，其內聲明了數個應該在所有Java 類中被改寫的方法：hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中getClass()返回一個Class 對象。
【Class 類十分特殊。它和一般類一樣繼承自Object，其實體用以表達Java程序運行時的classes和interfaces，也用來表達enum、array、primitive Java types(boolean, byte, char, short, int, long, float, double)以及關鍵詞void。當一個class被加載，或當加載器(class loader)的defineClass()被JVM調用，JVM 便自動產生一個Class 對象。】
如果您想借由“修改Java標準庫源碼”來觀察Class 對象的實際生成時機(例如在Class的constructor內添加一個println())，這樣是行不通的!因為Class并沒有public constructor。
Class是Reflection故事起源。針對任何您想探勘的類，唯有先為它產生一個Class 對象，接下來才能經由后者喚起為數十多個的Reflection APIs。Reflection機制允許程序在正在執行的過程中，利用Reflection APIs取得任何已知名稱的類的內部信息，包括：package、 type parameters、 superclass、 implemented interfaces、 inner classes、 outer classes、 fields、 constructors、 methods、 modifiers等，并可以在執行的過程中，動態生成instances、變更fields內容或喚起methods。
從Class中獲取信息
Class類提供了大量的實例方法來獲取該Class對象所對應的詳細信息,Class類大致包含如下方法,其中每個方法都包含多個重載版本
主有三種獲得class的途徑，使用時要注意區別
1、 a,類型.class 如： String.class使用類名加“.class”的方式即會返回與該類對應的Class對象。這個方法可以直接獲得與指定類關聯的Class對象，而并不需要有該類的對象存在。
2、 b,Class.forName("類名");該方法可以根據字符串參數所指定的類名獲取與該類關聯的Class對象。如果該類還沒有被裝入，該方法會將該類裝入JVM。forName方法的參數是類的完 整限定名(即包含包名)。通常用于在程序運行時根據類名動態的載入該類并獲得與之對應的Class對象。
3、 c, obj.getClass();所有Java對象都具備這個方法，該方法用于返回調用該方法的對象的所屬類關聯的
(2)獲取構造方法
Class類提供了四個public方法，用于獲取某個類的構造方法：
1、Constructor getConstructor(Class[] params)根據構造函數的參數，返回一個具體的具有public屬性的構造函數
2、Constructor getConstructors() 返回所有具有public屬性的構造函數數組
3、Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params) 根據構造函數的參數，返回一個具體的構造函數(不分public和非public屬性)
4、Constructor getDeclaredConstructors() 返回該類中所有的構造函數數組(不分public和非public屬性)
1 反射出無參的構造方法并得到對象
* 注意:
* 1 在Class.forName()中應該傳入含有包名的類全名
* 2 newInstance()方法的本質是調用類的無參Public構造方法
/
String className1="cn.testreflect.Worker";
Class clazz1=Class.forName(className1);
Object object1=clazz1.newInstance();
System.out.println("object1.toString()="+object1.toString());
/*
* 2 反射出帶參數的構造方法并得到對象
*/
String className2="cn.testreflect.Worker";
Class clazz2=Class.forName(className2);
Constructor constructor1=clazz2.getConstructor(int.class,String.class);
Object object2=constructor1.newInstance(18,"小明");
System.out.println("object2.toString()="+object2.toString());
(3)獲取類的成員方法
與獲取構造方法的方式相同，存在四種獲取成員方法的方式：
1、Method getMethod(String name, Class[] params) 根據方法名和參數，返回一個具體的具有public屬性的方法
2、Method[] getMethods() 返回所有具有public屬性的方法數組
3、Method getDeclaredMethod(String name, Class[] params) 根據方法名和參數，返回一個具體的方法(不分public和非public屬性)
4、Method[] getDeclaredMethods() 返回該類中的所有的方法數組(不分public和非public屬性)
(4)獲取類的成員變量(成員屬性)
存在四種獲取成員屬性的方法
1、Field getField(String name) 根據變量名，返回一個具體的具有public屬性的成員變量
2、Field[] getFields() 返回具有public屬性的成員變量的數組
3、Field getDeclaredField(String name) 根據變量名，返回一個成員變量(不分public和非public屬性)（相關推薦：）
4、Field[] getDelcaredFields() 返回所有成員變量組成的數組(不分public和非public屬性)
