Reflection API. Расположения объекта в памяти. Java-байткод. Альтернативные языки для JVM.

1. Java-классы: взгляд изнутри
Алексей Владыкин
27 октября 2014
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 1 / 29

2. 1 Reflection API
2 Расположение объекта в памяти
3 Байткод Java
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 2 / 29

3. Reflection API
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 3 / 29

4. Reflection API
Reflection API — программный интерфейс для получения
информации об объектах и классах во время исполнения
программы
Пакет java.lang.reflect
Для каждого типа, в том числе примитивного, можно получить
описывающий его экземпляр класса Class
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 4 / 29

5. Reflection API
Возможности Reflection API
Получение списка конструкторов, методов и полей класса
Создание экземпляров класса
Вызов методов и чтение/запись полей, в том числе закрытых
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 5 / 29

6. Reflection API
Как получить Class
Получение класса по объекту:
Class c1 = object.getClass();
Получение класса через литерал:
Class c2 = String[].class;
Class c3 = int.class;
Загрузка класса по имени:
Class c4 = Class.forName("java.lang.Integer");
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 6 / 29

7. Reflection API
Как загрузить класс с диска
URL jarFileURL =
Paths.get("library.jar"). toUri (). toURL ();
ClassLoader classLoader =
new URLClassLoader(new URL[] {jarFileURL });
Class clazz = classLoader.loadClass(
"ru.csc.java2014.DemoClass");
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 7 / 29

8. Reflection API
Имя класса
int[] Object[] Foo.Bar
getName() [I [Ljava.lang.Object; Foo$Bar
getCanonicalName() int[] java.lang.Object[] Foo.Bar
getSimpleName() int[] Object[] Bar
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 8 / 29

9. Reflection API
Типы классов
boolean isPrimitive()
boolean isArray()
boolean isEnum()
boolean isInterface()
boolean isAnnotation()
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 9 / 29

10. Reflection API
Специфика массивов
if (clazz.isArray ()) {
System.out.println(
"Array of " + c.getComponentType ());
}
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 10 / 29

11. Reflection API
Специфика enum
if (clazz.isEnum ()) {
System.out.println("Enum of:");
for (Object e : clazz.getEnumConstants ()) {
System.out.println(e);
}
}
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 11 / 29

12. Reflection API
Конструкторы
Открытые конструкторы:
Constructor getConstructor(Class... types)
Constructor[] getConstructors()
Все конструкторы:
Constructor getDeclaredConstructor(Class... types)
Constructor[] getDeclaredConstructors()
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 12 / 29

13. Reflection API
Вызов конструктора
Constructor constructor =
clazz.getConstructor(String.class );
Object instance =
constructor.newInstance("Hello World!");
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 13 / 29

14. Reflection API
Методы
Открытые методы, в том числе унаследованные:
Method getMethod(String name, Class... types)
Method[] getMethods()
Все методы, но только из текущего класса:
Method getDeclaredMethod(String name, Class... types)
Method[] getDeclaredMethods()
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 14 / 29

15. Reflection API
Вызов метода
Method method =
clazz.getMethod("doSomething", int.class );
Object result =
method.invoke(instance , 42);
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 15 / 29

16. Reflection API
Поля
Открытые поля, в том числе унаследованные:
Field getField(String name)
Field[] getFields()
Все поля, но только из текущего класса:
Field getDeclaredField(String name)
Field[] getDeclaredFields()
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 16 / 29

17. Reflection API
Чтение/запись поля
Field field = clazz.getDeclaredField("x");
field.setAccessible(true );
Object value = field.get(instance );
field.set(instance , null );
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 17 / 29

18. Reflection API
Аннотации
Version version =
clazz.getAnnotation(Version.class );
if (version != null) {
System.out.println(version.value ());
System.out.println(version.date ());
}
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 18 / 29

19. Расположение объекта в памяти
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 19 / 29

20. Расположение объекта в памяти
Инструмент JOL
Демо
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 20 / 29

21. Байткод Java
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 21 / 29

22. Байткод Java
Структура .class файла
Заголовок (CAFEBABE, версия формата)
Constant pool (числа, строки, имена классов, полей и методов)
Объявление класса (модификаторы, имя класса, имя суперкласса,
имена реализуемых интерфейсов)
Поля класса
Методы класса
Атрибуты класса (аннотации, debug info, . . . )
javap -v -p ru.csc.java2014.DemoClass
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 22 / 29

23. Байткод Java
Имена в байткоде
Никаких импортов, все имена полные
Имена классов: java/lang/String
Имена типов:
B, C, D, F, I, J, S, Z
Ljava/lang/Object;
[[I
Имена методов:
<init> ()V
<clinit> ()V
equals (Ljava/lang/Object;)Z
toString ()Ljava/lang/String;
sort ([III)V
Имена параметров и локальных переменных отсутствуют
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 23 / 29

24. Байткод Java
Исполняемый код
Состоит из простых инструкций (около 200)
Работает в рамках одного фрейма стека вызовов
Имеет локальный стек заданного размера, где и выполняет все
вычисления
Может обращаться к полям и методам объектов, а также к своим
аргументам и локальным переменным
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 24 / 29

25. Байткод Java
Стековая арифметика
2 + 3 · 4
2 3 4 · +
iconst_2
iconst_3
iconst_4
imul
iadd
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 25 / 29

26. Байткод Java
Основные инструкции
Значения в стеке и локальных переменных:
*const*, ldc*, *load*, *store*
Арифметика:
*mul, *div, *add, *sub
Работа с объектами:
new, getfield, putfield, getstatic, putstatic
Вызовы методов:
invokestatic, invokevirtual, invokespecial, *return
Проверки и переходы:
*cmp, if*, goto*
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 26 / 29

27. Байткод Java
Библиотека ASM
Демо
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 27 / 29

28. Байткод Java
Зачем работать с байткодом?
Альтернативные языки для JVM
Статический и динамический анализ кода
Enterprise фреймворки
Библиотеки для mock’ов
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 28 / 29

29. Что сегодня узнали
Что такое Reflection API и какие возможности он предоставляет
Как узнать, сколько места занимает объект и как расположены
его поля в памяти
Как устроен байткод Java, и что это дает
Алексей Владыкин Java-классы: взгляд изнутри 27 октября 2014 29 / 29