关于 Java 中 Runtime.class.getClass() 的细节分析

* 在之前的《浅析 Java 序列化和反序列化》一文的Payload构造章节中出现了一大堆的 Class 、 Method 和 Object ，让很多代码基础较弱的同学一脸懵逼。其中一个比较诡异的逻辑 Runtime.class.getClass() ，有朋友问它的结果为什么是 java.lang.Class 。对于这个问题，有Java语言基础的同学一般会回答『对象的类型本来就是 Class ，而 Class 也是对象，它的类型当然也是 Class 』，道理没错，但仔细想想，这还真是一个挺有意思的问题。

关于 Class 的名称

我们先重写一下这个问题的代码：

Class rt = Runtime.class;
Class clz = rt.getClass();

通过断点调试观察变量， rt 和 clz 同样都是 Class 对象，但 rt 无论是打印输出还是调用 getTypeName() 得到的都是『java.lang.Runtime』，而 clz 则是『java.lang.Class』。

为什么不一样？难道 Runtime 是 Class 的子类？当然不是， Runtime 可是 Object 的亲儿子。

机智的你一定会跟进 Class 中看看它的 toString() 和 getTypeName() 两个方法的代码逻辑，原来它们都是调用 getName() 返回由这个 Class 所表示的对象的名称。

关于 .class 和 getClass()

由此可知， new Object().getClass() 得到的应该是名称为『java.lang.Object』的 Class ，记作 class java.lang.Object （以下类似） ，而 Runtime.class 拿到的 Class 作为 Object 的子类，调用 getClass() 得到的却是 class java.lang.Class 。

因此，我们需要对比一下这两种获取 Class 的方法的区别：

• .class ，又称『类字面量』，只能作用于类的关键字，返回编译时确定的类型

  Object.class

• getClass() ， Object 的实例方法，返回运行时确定的类型

  new Object().getClass()

在一般情况下，它俩的结果是可以相等的：

Object obj = new Object();
Object.class == obj.getClass();      // true
Object.class.equals(obj.getClass()); // true

但当存在多态时，后者的区别就体现出来了：

class gyyyy {}

Object obj = new Object();
Object gy = new gyyyy();
obj.getClass(); // class java.lang.Object
gy.getClass();  // class gyyyy

让我们回到最初的那个问题，答案已经呼之欲出了： Runtime.class 获取的是 class java.lang.Runtime ，而该 Class 调用 getClass() 时，运行时确定的类型为 Class 而非方法拥有者 Object ，所以得到的第二个 Class 为 class java.lang.Class 。

看到这，一定有同学开始骂我又在水文章了：裤子都脱了你就给我看这个？说来说去都是一堆废话，跟没说一样。

别急，我们继续。

JVM基础

既然上面的两种方法分别提到了编译时和运行时，不妨让我们站在JVM的角度再玩深一点。

先科普几个JVM相关的基础知识，让大家有个整体概念，其他的内容如果在后续分析过程中遇到了再穿插介绍。

Classfile

每个类 （包括内部类、匿名类、接口、注解、枚举和数组等） 经过编译后，都会单独生成一个.class文件，里面是一堆用于表示和描述该类的字节码，Java规范中管它叫Classfile。

Classfile中的核心内容如下：

• 常量池 （Constant Pool）

• 访问权限标识 （Access Flags）

• 类 （This Class）

• 父类 （Super Class）

• 接口集合 （Interfaces）

• 字段集合 （Fields）

• 方法集合 （Methods）

• 属性集合 （Attributes）

其中，常量池里存放了该类编译前声明和编译中优化计算的所有值，包括原始类型和引用类型 （符号引用） ，类相关信息都以名称和描述为主，但不涉及任何具体的值或引用  （都依赖常量池索引） 。属性集合中则存放了类、字段和方法所可能需要的属性信息，如类源文件信息、方法代码段、方法代码段的本地变量表等。

运行时内存基本结构

• 运行时数据区

• 线程 （Threads）

• 帧 （Frames）

• 本地变量表 （Local Variables）

• 操作数栈 （Operand Stacks）

• 程序计数器 （Program Counter, PC）

• JVM堆栈 （JVM Stack）

• 堆 （Heap）

• 类 （Class）

• 运行时常量池 （Run-Time Constant Pool）

• 方法区 （Method Area）

• 对象 （Objects）

• 线程共享

• 线程私有

其中，线程共享部分随JVM启动而创建，线程私有部分随线程创建而创建。Frame中存放的是方法数据而非Class数据，但一般来说，Object和方法的代码实现中都会存放它所属Class的引用。

需要注意的是，上面列出的Class和Object大致分别对应在Java代码中使用 class 或 interface 关键字声明的类和根据它们创建的类实例，而Java语言规范中所描述的 Class 和 Object 严格意义上来说都属于Class。

加载、链接和初始化

• 加载，是指根据指定名称寻找并读取Classfile，将其转换成Class的过程

• 链接，是指解析Class中的符号引用，并转换为运行时状态的过程

• 初始化，是指执行Class的 <cinit> 方法的过程

在这个阶段中，可以为Class创建一个新的 java/lang/Class 的Object，在其中定义一个字段中存放当前Class的引用，并将这个Object的引用放入Class中作为其类对象  （非JVM规范，由实现方自行决定） ，而这个所谓的类对象，就是我们最开始通过 .class 和 getClass() 获取到的那个 Class 对象。

方法执行过程

由于篇幅原因，这里只简单介绍实例方法的执行过程：

• 从常量池中取出方法引用，计算该方法参数个数

• 从操作数栈弹出当前类对象引用和其他参数，组成参数列表

• 为该方法创建新的 Frame ，将参数放入它的本地变量表中，将其压入JVM栈顶

• 解析并执行该方法代码段的指令集

方法的执行结果并不会直接返回给调用方，而是由 return 系列的指令将当前操作数栈顶元素取出，压入JVM栈中调用方所属Frame的操作数栈中。

刨根问底

现在，我们将示例代码放入 main 函数中，这段代码经过编译后会变成以下指令：

ldc #2
astore_1
aload_1
invokevirtual #3
astore_2
...

（ #x 代表常量池索引值，可能会因为示例代码差异而不同。如果使用链式结构 Runtime.class.getClass() ，第2、3条指令会省略）

大致解释一下：

• ldc 指令会从常量池中取索引为 2 的元素，此时取到的是名为 java/lang/Runtime 的类引用类型常量，根据JVM规范的描述，如果是类引用类型常量，需要获取它的类对象引用  （在前面加载、链接和初始化部分提到过的那个Object） ，再将其压入操作数栈  （对应 Runtime.class ）

• astore_1 指令会弹出操作数栈顶元素，放入本地变量表的 1 位置  （ 0 位置是 main 方法参数 args ） ，此时该位置的变量名为 rt （对应 Class rt = ）

• aload_1 指令会从本地变量表中读取元素压入操作数栈  （对应 rt ）

• invokevirtual 指令会从常量池中取索引为 3 的元素，此时取到的是名为 java/lang/Object.getClass 的方法引用类型常量，再弹出操作数栈顶获得之前 ldc 得到的类对象引用作为第一个参数，为该方法创建新的 Frame 并压入JVM堆栈，执行该方法的指令集， return 时将结果压入方法调用方的操作数栈  （对应 .getClass() ）

• astore_2 指令会弹出栈顶元素，放入本地变量表的 2 位置，此时该位置的变量名为 clz （对应 Class clz = ）

由此，我们可以明确的知道变量 rt 存放的是 java/lang/Runtime 的类对象引用，变量 clz 存放的是 java/lang/Class 的类对象引用。由于类对象是在Class的链接过程中创建的，而在JVM中每个Class又是唯一的单例，因此同一个类以及它不同的实例获取到的类对象都是同一个。

结论不变。