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2. 反射與類別載入器
學習目標
• 取得.class檔案資訊
• 動態生成物件與操作方法
• 認識模組與反射的權限設定
• 瞭解JDK9類別載入器階層
• 使用ClassLoader實例
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3. 運用反射
• JDK9支援模組化
• 開發者在採取模組設計時，如何在不破壞模
組封裝下又能運用反射機制的彈性，就成了
認識反射時必須知道的一大課題
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4. Class與.class檔案
• Java真正需要某個類別時才會載入對應
的.class檔案
• java.lang.Class的實例代表Java應用程
式運行時載入的.class檔案
• Class類別沒有公開（public）建構式，
實例是由JVM自動產生
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5. Class與.class檔案
• 可以透過Object的getClass()方法，或
者是透過.class常量（Class literal）取得每個
物件對應的Class物件
• 如果是基本型態，也可以使用對應的包裹類
別加上.TYPE取得Class物件
– 如Integer.TYPE可取得代表int的Class物件
– 如果要取得代表Integer.class檔案的Class，則必
須使用Integer.class
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6. Class與.class檔案
• 可以操作Class物件的公開方法取得類別基
本資訊
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7. Class與.class檔案
• 載入.class檔案的時機
– 使用指定類別生成物件時
– 使用 Class.forName()
– 使用java.lang.ClassLoader實例的
loadClass()
• 使用類別宣告參考名稱並不會載入.class檔案
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8. Class與.class檔案
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9. Class與.class檔案
• 編譯時期若使用到相關類別，編譯器會檢查
對應的.class檔案中記載之資訊，以確定是否
可完成編譯
• 執行時期使用某類別時，會先檢查是否有對
應的 Class物件，如果沒有，會載入對應
的.class檔案並生成對應的Class實例
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10. Class與.class檔案
• 預設JVM只會用一個Class實例來代表一
個.class檔案（確切說法是，經由同一類別載
入器載入的.class檔案，只會有一個對應的
Class實例）
• 每個類別的實例都會知道自己由哪個Class實
例生成。預設使用getClass()或.class取得
的Class實例會是同一個物件
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11. 使用Class.forName()
• 可以使用Class.forName()方法實現動態
載入類別，可用字串指定類別名稱來獲得類
別相關資訊
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12. 使用Class.forName()
• Class.forName()另一版本可以讓指定類
別名稱、載入類別時是否執行靜態區塊與類
別載入器：
• 如果使用第一個版本的Class.forName()
方法，等同於：
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13. 使用Class.forName()
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14. 從Class獲得資訊
• 取得Class物件後，就可以取得與.class檔案
中記載的的資訊，像是套件、建構式、方法
成員、資料成員等訊息
– java.lang.Package
– java.lang.reflect.Constructor
– java.lang.reflect.Method
– java.lang.reflect.Field
– …
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18. 18

19. 從Class建立物件
• 取得Class物件之後
• 呼叫Class的getConstructor()或
getDeclaredConstructor()方法
• 取得代表建構式的Constructor物件，利
用其newInstance()方法建立類別實例
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20. 從Class建立物件
• 你想採用影片程式庫來播放動畫，然而負責
實作影片程式庫的部門遲遲還沒動工，怎麼
辦呢？
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21. 從Class建立物件
• 可以在啟動程式時，透過系統屬性
cc.openhome.PlayerImpl指定
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22. 從Class建立物件
• 執行MediaPlayer若指定了-
Dcc.openhome.PlayerImpl=cc.openhome.Conso
lePlayer
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23. 從Class建立物件
• 若類別定義有多個建構式，也可以指定使用
哪個建構式生成物件
• 假設因為某個原因，必須動態載入
java.util.List實作類別
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24. 從Class建立物件
• 陣列的Class實例是由JVM生成，你並不知
道陣列的建構式為何
• 若要動態生成陣列，必須使用
java.lang.reflect.Array的
newInstance()方法
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25. 從Class建立物件
• 可以使用Array.set()方法指定索引設值，
或是使用Array.get()方法指定索引取值
• 比較偷懶的方式，直接當作Object[]（或
已知的陣列型態）使用
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26. 從Class建立物件
• 為何要使用Array.newInstance()建立陣
列實例？
• 回顧一下9.1.7中實作過的ArrayList，如果
現在為其設計一個toArray()方法：
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27. 從Class建立物件
• 現在有個使用者這麼使用ArrayList，會拋
出java.lang.ClassCastException，
告訴你不可以將Object[]當作String[]
來使用
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28. 從Class建立物件
• 可以如下解決：
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29. 操作物件方法與成員
• java.lang.reflect.Method實例是方法
的代表物件，可以使用invoke()方法來動
態呼叫指定的方法
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30. 操作物件方法與成員
• 底下會設計一個BeanUtil類別，可以指定
Map物件與類別名稱呼叫getBean()方法，
這個方法會抽取Map內容並封裝為指定類別
的實例
– 例如Map中收集了學生資料，則以下傳回的就是
Student實例
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32. 操作物件方法與成員
• 想呼叫受保護的（protected）或私有
（private）方法
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33. 操作物件方法與成員
• 可以使用反射機制存取類別資料成員（Field）
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34. 操作物件方法與成員
• setAccessible(true)時，如果模組權限
設定上不允許，會拋出
java.lang.reflect.InaccessibleOb
jectException
• 就目前來說，上面的程式片段中
setAccessible(true)可以用於同一模組
的類別，然而不能用於java.base中的類別
• 因為java.base模組並沒有開放權限
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35. 動態代理
• 需要在執行某些方法時進行日誌記錄，你可
能會如下撰寫：
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36. 靜態代理
• 在靜態代理實現中，代理物件與被代理物件
必須實現同一介面
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37. 靜態代理
• 代理物件同樣也要實現Hello介面
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38. 靜態代理
• 可以如下使用代理物件：
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39. 動態代理
• 使用動態代理機制，可使用一個處理者
（Handler）代理多個介面的實作物件
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41. 動態代理
• 使用LoggingHandler的bind()方法來綁
定被代理物件
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42. 當反射遇上模組
• 對於JDK8以及先前版本的JDK，就算開發者
不願意，只要程式庫的使用者運用反射，就
可以訪問類別定義的成員
• 這包括了公開、受保護與私有成員，事實上
，在Java的生態圈中
• 有不少程式庫或框架，都依賴在這種深層反
射（Deep reflection）機制上運作
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43. 當反射遇上模組
• JDK9的模組是為了強封裝，若反射機制依舊
可以這般自由，那麼模組就失去了強封裝的
意義
• 然而，也必須考慮現存程式庫或框架依賴於
深層反射的現況，否則這些程式庫或框架將
不會考慮遷移至JDK9
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44. 當反射遇上模組
• 模組的設計者可以決定是否允許反射
• 範例檔labsCH17ReflectModule
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45. 45

46. 模組圖
• 一個模組在模組路徑之中，只是表示JVM可
以找到模組描述檔（module-info.class）
• 不代表模組圖（Module graph）中有這個模
組，模組圖中不存在的模組，自然就找不到
模組中的類別
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47. • 要將模組加入模組圖的方式之一，是在執行
java指令啟動JVM時，使用--add-
modules引數加入其他模組作為根模組
• 如果執行java指令指定了--add-modules
cc.openhome.reflect
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48. • 另一個將指定模組加入模組圖方式是，在模
組描述檔中加入requires設定
• 現有模組會依賴在requires的模組之上
• 現有模組可以讀取（read）該模組，或稱現
在模組對該模組有讀取能力（Readability）
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50. 50

51. exports套件
• 若模組能允許其他模組對指定的公開成員進
行操作，必須在模組描述檔使用exports定義
哪些套件中的類別是可以允許此動作
• 更確切的說法是，指定此模組中哪些套件中
的公開成員可以存取（Accessibility）
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56. opens套件或open模組
• 若模組能允許其他模組在反射時，對指定的
非公開成員進行操作，必須在模組描述檔使
用opens定義哪些套件中的類別是可以允許
此動作
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57. • 除了使用opens指定要開放的套件之外，也
可以使用 open module，表示開放這個模
組中全部的套件
• 如果使用了open module，那麼module中
的定義就不能再有opens的獨立設定
• 被設定為open module的模組被稱為開放
模組（Open Module）
• 沒有open的模組稱為一般模組（Normal
module），它們都屬於顯式模組。
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58. • java.base模組中的套件使用了exports
• 沒有設定opens的套件，也沒有直接open
module java.base
• 若採取模組化設計，就不允許其他模組在反
射時，對指定的非公開成員進行操作
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59. 使用ServiceLoader
• 如果Player是種API服務，更實際的場景會
是，Player會是服務的介面之一，它也許是
定義在cc.openhome.api套件之中
• ConsolePlayer是服務的具體實現，可能
定義在cc.openhome.impl套件之中
• MediaMaster是你正在設計的應用程式，
定義在cc.openhome套件之中
• 拆成三個模組
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60. 使用ServiceLoader
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63. • java.sql模組的module-info.java定義
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64. JDK9類別載入器階層
• 在JDK9中，有三種層次的類別載入器負責載
入類別
– System類別載入器（也稱為Application載入器）
– Platform類別載入器
– Bootstrap類別載入器
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65. JDK9類別載入器階層
• System的父載入器為Platform，而Platform
的父載入器為Bootstrap
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66. • System類別載入器可以載入應用程式模組路
徑、類別路徑上的類別
• Platform載入器可以載入整個Java SE 平臺
API、實作類別
• Bootstrap類別載入器是JVM內建的載入器
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68. 建立ClassLoader實例
• Bootstrap Loader、Platform Loader與System
Loader在程式啟動後，就無法再改變它們的
搜尋路徑
• 可以使用URLClassLoader來產生新的類別
載入器
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69. 建立ClassLoader實例
• 由同一類別載入器載入的.class檔案，只會有
一個Class實例
• 如果同一.class檔案由兩個不同的類別載入器
載入，則會有兩份不同的Class實例
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