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Java 進階教程：RTTI 運行時類型識別與 Class 類核心機制

編輯：Java 相關知識

RTTI 核心概念

RTTI (Run-Time Type Identification，運行時類型識別) 是 Java 實現多態的基礎。每個對象在運行時都攜帶類型信息，JVM 通過 Class 對象維護類的元數據，使得「向上轉型」後仍能正確調用實際類型的方法。

Class 類：類的類

java.lang.Class 是「類的類」。每個類加載後，JVM 在堆中創建一個對應的 Class 對象，包含類的完整元數據。

獲取 Class 對象的三種方式


// 1. 對象實例調用 getClass()
Human person = new Human();
Class c1 = person.getClass();

// 2. 類字面量
Class c2 = Human.class;

// 3. 字符串全限定名加載
Class c3 = Class.forName("com.example.Human");

Class 對象的關鍵特性

單例性：同一類加載器下，每個類只有一個 Class 實例
不可變：類加載後元數據固定
懶加載：首次主動使用時才加載 (forName 立即加載)

多態的 RTTI 基礎


class Human {
    public void say() { System.out.println("Human"); }
}

class Woman extends Human {
    @Override public void say() { System.out.println("Woman"); }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Human h = new Woman();  // 向上轉型
        System.out.println(h.getClass().getName()); // 輸出 "Woman"
        h.say();  // 輸出 "Woman" - 動態分派
    }
}

機制：h 的靜態類型是 Human，但 h.getClass() 返回實際類型 Woman。方法調用通過 Class 對象中的方法表動態分派，實現多態。

Class 類核心 API

方法	功能
getName()	類全限定名
getSimpleName()	類簡單名
getPackage()	包對象
getSuperclass()	父類 Class
getInterfaces()	實現的接口數組
getModifiers()	修飾符 (public/abstract 等)
newInstance()	創建實例 (調用無參構造)
getFields()	所有 public 字段 (含繼承)
getDeclaredFields()	聲明的字段 (含私有、不含繼承)
getMethods()	所有 public 方法 (含繼承)
getDeclaredMethods()	聲明的方法 (含私有、不含繼承)
getConstructors()	public 構造器
getDeclaredConstructors()	聲明的構造器
isAnnotationPresent()	檢查註解
getAnnotations()	獲取註解

反射創建實例


// 無參構造
Human h1 = (Human) c1.newInstance();

// 帶參構造
Constructor cons = c1.getConstructor(String.class, int.class);
Human h2 = (Human) cons.newInstance("Alice", 25);

類加載機制

加載：讀取 .class 字節碼，生成 Class 對象
驗證：字節碼合法性檢查
準備：靜態字段分配內存、賦默認值
解析：符號引用轉直接引用
初始化：執行 <clinit> (靜態塊、靜態字段賦值)

觸發初始化：new、訪問靜態字段/方法、反射調用、子類初始化、main 類、動態語言調用。

實際應用場景

1. 框架通用處理 (如 ORM、JSON 序列化)


public void save(Object entity) {
    Class clazz = entity.getClass();
    Table table = clazz.getAnnotation(Table.class);
    String tableName = table.value();
    
    for (Field field : clazz.getDeclaredFields()) {
        field.setAccessible(true);
        Column col = field.getAnnotation(Column.class);
        String colName = col != null ? col.value() : field.getName();
        Object value = field.get(entity);
        // 構建 SQL...
    }
}

2. 動態代理


interface Service { void execute(); }

class ServiceImpl implements Service {
    public void execute() { System.out.println("執行業務"); }
}

Service proxy = (Service) Proxy.newProxyInstance(
    Service.class.getClassLoader(),
    new Class[]{Service.class},
    (proxy, method, args) -> {
        System.out.println("前置增強");
        method.invoke(new ServiceImpl(), args);
        System.out.println("後置增強");
        return null;
    }
);

3. SPI 服務發現


// META-INF/services/com.example.SpiInterface
// 內容: com.example.impl.SpiImplA

ServiceLoader loader = ServiceLoader.load(SpiInterface.class);
for (SpiInterface impl : loader) {
    impl.doSomething();
}