Java高级重点知识点-27-Java反射机制

文章目录

Java反射机制概述
理解Class类并获取Class的实例
- Class 类
类的加载与ClassLoader
创建运行时类的对象
获取运行时类的完整结构
调用运行时类的指定结构
反射的应用：动态代理
- Proxy类
- AOP（Aspect Orient Programming）

Java反射机制概述

Reflection（反射）是被视为动态语言的关键,能借助于Reflection API取得任何类的内部信息并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

正常方式：引入需要的”包类”名 -> 通过new实例化 -> 取得实例化对象
反射方式：实例化对象 -> getClass()方法 -> 得到完整的“包类”名称

动态语言： 在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构。
主要的动态语言：Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python、Erlang
静态语言： 运行时结构不可变的语言就是静态语言
主要的静态语言：Java、C、C++。
Java不是动态语言，但Java可以称之为“准动态语言”。
Java反射机制提供的功能:

在运行时判断任意一个对象所属的类
在运行时构造任意一个类的对象
在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
在运行时获取泛型信息
在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
在运行时处理注解
生成动态代理

理解Class类并获取Class的实例

在这里插入图片描述
通过源码我们可以看到所有类的父类Object中存在一个获取Class对象的方法
public final native Class<?> getClass();这就是反射的源头。

Class 类

一个 Class 对象包含了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitive type/void/[])的有关信息。

Class本身也是一个类
Class 对象只能由系统建立对象
一个加载的类在 JVM 中只会有一个Class实例
一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件
每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成
通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构
Class类是Reflection的根源，针对任何你想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的Class对象

Class类的常用方法:

方法名	功能说明
static Class forName(String name)	返回指定类名 name 的 Class 对象
Object newInstance()	调用缺省构造函数，返回该Class对象的一个实例
getName()	返回此Class对象所表示的实体（类、接口、数组类、基本类型或void）名称
Class getSuperClass()	返回当前Class对象的父类的Class对象
Class [] getInterfaces()	获取当前Class对象的接口
ClassLoader getClassLoader()	返回该类的类加载器
Class getSuperclass()	返回表示此Class所表示的实体的超类的Class
Constructor[] getConstructors()	返回一个包含某些Constructor对象的数组
Field[] getDeclaredFields()	返回Field对象的一个数组
Method getMethod(String name,Class … paramTypes)	返回一个Method对象，此对象的形参类型为paramType

代码示例：

package demo15;

import java.io.Serializable;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.stream.Stream;

public class Student extends Person implements Serializable {

    public String work;

    public String address;
    public Student() {
    }

    public Student(String work, String address) {
        this.work = work;
        this.address = address;
    }

    public void study(){
        System.out.println("敲代码");
    }


    public void eat(){
        System.out.println("吃饭");
    }

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        // 1. 通过指定类名获取Class对象
        Class clazz = Class.forName("demo15.Student");
        // 2. 获取一个指定的Class类中的实例
        Person person = (Person) clazz.newInstance();
        // 3. 获取此Class对象表示的实体名称
        System.out.println("3:" + clazz.getName());
        // 4. 获取当前Class对象的父类的Class对象
        Class superClazz = clazz.getSuperclass();
        System.out.println("4:" + superClazz.getName());
        // 5. 获取当前Class对象的接口
        Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
        System.out.print("5:");
        Stream.of(interfaces).forEach(System.out::println);
        // 6. 获取此类的的类加载器
        ClassLoader classLoader = clazz.getClassLoader();
        // 7. 获取包含某些Constructor对象的数组
        Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
        System.out.print("7:");
        Stream.of(constructors).forEach(System.out::println);
        // 8. 获取Filed对象的数组
        Field[] fields = clazz.getFields();
        System.out.print("8:");
        Stream.of(fields).forEach(System.out::println);
        // 9. 获取Method对象
        Method[] declaredFields = clazz.getMethods();
        System.out.print("9:");
        Stream.of(declaredFields).forEach(System.out::println);
    }
}

class Person{
    private String name;
    private int age;
}

在这里插入图片描述 获取Class类的实例(四种方法):

若已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠，程序性能最高
已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象
已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方法forName()获取，可能抛出ClassNotFoundException
其他方式

代码示例：

import java.io.Serializable;

public class StudentDemo extends Person implements Serializable {
    static Class clazz4;
    {
        // 4. 其他方式
        try {
            ClassLoader classLoader = this.getClass().getClassLoader();
            clazz4 = classLoader.loadClass("demo15.StudentDemo");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public String work;

    public String address;
    public StudentDemo() {
    }

    public StudentDemo(String work, String address) {
        this.work = work;
        this.address = address;
    }

    public static void main(String[] args){
        // 1. 若已知具体的类，通过类的class属性获取
        Class clazz1 = StudentDemo.class;
        // 2. 已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象
        StudentDemo studentDemo = new StudentDemo();
        Class clazz2 = studentDemo.getClass();
        // 3. 已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方法forName()获取
        try {
            Class clazz3 = Class.forName("demo15.StudentDemo");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 4. 其他方式
        System.out.println(clazz4);
    }
}

拥有Class对象的类型：
class【外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类
】、interface【接口】、数组、enum【枚举】、annotation【注解@interface
】、primitive type【基本数据类型】、void

类的加载与ClassLoader

类加载过程

在这里插入图片描述 加载：
加载的过程需要类加载器参与。

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构。
生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口（即引用地址）

链接:
将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。

验证：确保加载的类信息符合JVM规范
准备：正式为类变量（static）分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。
解析：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。

初始化：
执行类构造器<clinit>()方法的过程

类构造器()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。
当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

类的初始化触发条件

类的主动引用（一定会发生类的初始化）

当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类
new一个类的对象
调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法
使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化它的父类
类的被动引用（不会发生类的初始化）
当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化
当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化
通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）

类加载器的作用

在这里插入图片描述

类加载的作用：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口。
类缓存：标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器中，它将维持加载（缓存）一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。

ClassLoader

类加载器作用是用来把类(class)装载进内存的
在这里插入图片描述

引导类加载器：用C++编写的，是JVM自带的类加载器，负责Java平台核心库，用来装载核心类库。该加载器无法直接获取
扩展类加载器：负责jre/lib/ext目录下的jar包或 – D java.ext.dirs 指定目录下的jar包装入工作库
系统类加载器：负责java –classpath 或 –D java.class.path所指的目录下的类与jar包装入工作，是最常用的加载器

创建运行时类的对象

调用Class对象的newInstance()方法
要求：

类必须有一个无参数的构造器。
类的构造器的访问权限需要足够。

代码示例

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

public class Bird {

   public String name;
   public Integer age;

   public Bird(String name, Integer age) {
       this.name = name;
       this.age = age;
   }

   public static void main(String[] args) {
       // 1.根据全类名获取对应的Class对象
       Class clazz1 = null;
       Constructor con = null;
       try {
           clazz1 = Class.forName("demo15.Bird");
       } catch (ClassNotFoundException e) {
           e.printStackTrace();
       }

       // 2.调用指定参数结构的构造器，生成Constructor的实例
       try {
           con = clazz1.getConstructor(String.class,Integer.class);
       } catch (NoSuchMethodException e) {
           e.printStackTrace();
       }

       // 3.通过Constructor的实例创建对应类的对象，并初始化类属性
       try {
           con.newInstance("小鸟", 1);
       } catch (InstantiationException e) {
           e.printStackTrace();
       } catch (IllegalAccessException e) {
           e.printStackTrace();
       } catch (InvocationTargetException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

这里我们声明了有参构造方法，但是没有声明无参构造方法，仍然能够创建对象，最少存在一个无参构造器是反射的条件，但是我们可以通过使用指定的有参构造器来创建一个运行时的对象。

获取运行时类的完整结构

实现的全部接口
public Class<?>[] getInterfaces()确定此对象所表示的类或接口实现的接口。
所继承的父类
public Class<? Super T> getSuperclass()返回表示此 Class 所表示的实体（类、接口、基本类型）的父类的Class。
全部的构造器
public Constructor<T>[] getConstructors() 返回此 Class 对象所表示的类的所有public构造方法。
public Constructor<T>[] getDeclaredConstructors()返回此 Class 对象表示的类声明的所有构造方法。
Constructor类中：
取得修饰符: public int getModifiers();
取得方法名称: public String getName();
取得参数的类型：public Class<?>[] getParameterTypes();
全部的方法
public Method[] getDeclaredMethods()返回此Class对象所表示的类或接口的全部方法
public Method[] getMethods()返回此Class对象所表示的类或接口的public的方法
Method类中：
public Class<?> getReturnType()取得全部的返回值
public Class<?>[] getParameterTypes()取得全部的参数
public int getModifiers()取得修饰符
public Class<?>[] getExceptionTypes()取得异常信息
全部的Field
public Field[] getFields() 返回此Class对象所表示的类或接口的public的Field。
public Field[] getDeclaredFields() 返回此Class对象所表示的类或接口的全部Field。
Field方法中：
public int getModifiers() 以整数形式返回此Field的修饰符
public Class<?> getType() 得到Field的属性类型
public String getName() 返回Field的名称。
Annotation相关
get Annotation(Class<T> annotationClass) 获取指定注解
getDeclaredAnnotations() 获取类中的全部注解
泛型相关
获取父类泛型类型：Type getGenericSuperclass()
泛型类型：ParameterizedType
获取实际的泛型类型参数数组：getActualTypeArguments()
类所在的包 Package getPackage()

调用运行时类的指定结构

调用指定方法

调用类中的方法，通过Method类完成

通过Class类的getMethod(String name,Class…parameterTypes)方法取得一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型。
之后使用Object invoke(Object obj, Object[] args)进行调用，并向方法中
传递要设置的obj对象的参数信息。

代码示例：

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class Plane {
    private Integer id;
    private String name;
    private Integer length;

    public Plane() {
    }

    public Plane(Integer id, String name, Integer length) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.length = length;
    }

    private void fly(String name , Integer length){
        System.out.println("飞机" + name + "，长度为" + length + "，起飞咯！");
    }

    public void land(String name){
        System.out.println(name + "飞机降落咯！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class clazz = Class.forName("demo15.Plane");
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("fly", String.class, Integer.class);
            method.invoke(clazz.newInstance(), "Boeing", 100);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这里插入图片描述
注意：

Object 对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null
若原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null
若原方法形参列表为空，则Object[] args为null
若原方法声明为private,则需要在调用此invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，将可访问private的方法。

调用指定属性
在反射机制中，可以直接通过Field类操作类中的属性，通过Field类提供的set()和get()方法就可以完成设置和取得属性内容的操作。
public Field getField(String name) 返回此Class对象表示的类或接口的指定的public的Field。
public Field getDeclaredField(String name)返回此Class对象表示的类或接口的指定的Field。

代码示例：

import java.lang.reflect.Field;

public class Plane {
    private Integer id;
    private String name;
    private Integer length;

    public Plane() {
    }

    public Plane(Integer id, String name, Integer length) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.length = length;
    }

    private void fly(String name , Integer length){
        System.out.println("飞机" + name + "，长度为" + length + "，起飞咯！");
    }

    public void land(String name){
        System.out.println(name + "飞机降落咯！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class clazz = Class.forName("demo15.Plane");
            Plane plane = (Plane) clazz.newInstance();
            Field name = clazz.getDeclaredField("name");
            name.set(plane, "Boeing");
            System.out.println(name.get(plane));
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

关于setAccessible方法的使用:

Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法。
setAccessible启动和禁用访问安全检查的开关。
参数值为true则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查。
- 提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被调用，那么请设置为true。
- 使得原本无法访问的私有成员也可以访问
参数值为false则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查。

反射的应用：动态代理

原理：
使用一个代理将对象包装起来, 然后用该代理对象取代原始对象。任何对原始对象的调用都要通过代理。代理对象决定是否以及何时将方法调用转到原始对象上。

动态代理是指客户通过代理类来调用其它对象的方法，并且是在程序运行时根据需要动态创建目标类的代理对象。

优点：

抽象角色中（接口）声明的所有方法都被转移到调用处理器一个集中的方法中处理，这样，我们可以更加灵活和统一的处理众多的方法。

Proxy类

专门完成代理的操作类，是所有动态代理类的父类。通过此类为一个或多个接口动态地生成实现类。

static Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader, Class<?>... interfaces) 创建一个动态代理类所对应的Class对象
static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h) 直接创建一个动态代理对象

以现实生活中的结婚事件进行讲解：
我要去结婚，我不知道怎么弄，所以我找到婚介所来帮我代理这件事情，我只要专注于结婚这件事就可以了。
代码示例：

创建一个Mary接口

public interface Mary{
     void getMary();
}

创建一个真正的实现类

public class Me implements Mary{
    @Override
    public void getMary() {
        System.out.println("今天天气不错，我去结婚！");
    }
}

创建一个婚介所对象来进行代理,处理代理前后的事情。

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;

public class MarriageAgency implements InvocationHandler {
    // 需要被代理的对象
    private Object target;
    public void setTarget(Object target){
        this.target = target;
    }
    // 执行动态代理对象的所有方法时，都会被替换成执行如下的invoke方法
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Exception{
        System.out.println("准备婚礼现场");
        // 以target作为主调来执行method方法
        Object result = method.invoke(target , args);
        System.out.println("打扫婚礼现场");
        return result;
    }
}

测试代理对象

import java.lang.reflect.Proxy;

public class Test{
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 创建一个原始的HuntingDog对象，作为target
        Me me = new Me();
        // 以指定的target来创建动态代理
        MarriageAgency marriageAgency = new MarriageAgency();
        marriageAgency.setTarget(me);
        Mary proxy = (Mary) Proxy.newProxyInstance(me.getClass().getClassLoader(), me.getClass().getInterfaces(), marriageAgency);
        proxy.getMary();
    }
}

在这里插入图片描述
这里可以看到我们的代理对象已经为我们代理了结婚前后的事情。
整理流程：

首先我们就是要定义一个目标事件接口（本例中就是结婚Mary接口）。
然后我要实现真正的目标事件的功能（实现类实现真正的功能Me实现类）
接着我们需要定义一个实现了InvocationHandler接口的代理类,并且要是实现其中的public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)方法，这时将我们代理类所需要执行的操作执行（这里就是准备婚礼现场和打扫婚礼现场）。
最后我们通过Proxy中的public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)方法来动态创建一个代理对象进行代理。

AOP（Aspect Orient Programming）

AOP代理里的方法可以在执行目标方法之前、之后插入一些通用处理

这种动态代理在AOP中被称为AOP代理，AOP代理可代替目标对象，AOP代理包含了目标对象的全部方法。

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