java 之反射技术及其应用

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2017-01-07
原文链接: blog.willhappy.cn

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翻阅了很多资料想查看一个比较通俗易懂的关于java反射机制的理解,但是想要从概念中去理解一项技术,可能有点困难,所以先将理论型知识贴出来,后面,慢慢来理解。

反射是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意方法和属性;这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射机制。—-《百度百科》

注意:要理解java的反射机制,先要了解以下基本概念:
运行时,编译时,编译型,解释型,类加载器,动态加载类等相关概念。

一. Class类的使用

  1. 概念理解
    在Java中,每个class都有一个相应的Class对象。也就是说,当我们编写一个类,编译完成后,在生成的.class文件中,就会产生一个Class对象,用于表示这个类的类型信息。
  2. 获取Class实例的方式
    不能直接创建Class的实例对象,因为Class类的构造方法是私有的,只有jvm可以去创建。
    (1) 利用对象调用getClass()方法获取该对象的Class实例;
    (2) 使用Class类的静态方法forName(),用类的名字获取一个Class实例,源码如下;
    @CallerSensitive
    public static Class<?> forName(String className)
                throws ClassNotFoundException {
        Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
        return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
    }
    

(3)运用.class的方式获取Class实例,对于基本数据类型的封装类,还可以采用TYPE来获取对应的基本数据类型的Class实例

综上所述,其实我们代码中创建的每一个类都是一个对象,只不过她是Class类的实例对象,这个对象我们称为该类的类类型。并且一个类只可能是Class类的一个实例对象,即获取的类类型是相同的

那么,如何去创建Class的实例呢?
首先,过程要理解,源文件经过编译(javac.exe)以后,得到一个或多个.class文件。.class文件经过运行(java.exe)这步,就需要进行类的加载(通过JVM的类的加载器),记载到内存中的缓存。每一个放入缓存中的.class文件就是一个Class的实例!下面是创建Class实例的三种方法。

实例如下:

public class ReflectTest {

    public void display(){
        System.out.println("Hello World!");
    }
    public static void main(String[] args){
        ReflectTest reflectTest = new ReflectTest();
        Class clazz1 = reflectTest.getClass();
        Class clazz2 = ReflectTest.class;
        Class clazz3 = null;
        try {
            clazz3 = Class.forName("com.william.test.ReflectTest");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(clazz1==clazz2);
        System.out.println(clazz1==clazz3);
        System.out.println(clazz2==clazz3);
    }
}

output:
true
true
true

其实,还有一种创建Class实例的方法,是通过类的加载器,如下:

@Test
public void LoadClassTest(){
    ClassLoader loader = this.getClass().getClassLoader();
    Class clazz4 = null;
    try {
        clazz4 = loader.loadClass("com.william.test.ReflectTest");
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println(clazz4);
}

output:
class com.william.test.ReflectTest

  • 如何根据类类型去创建类的实例呢?
    //通过类的类型创建该类的实例对象
    ReflectTest reflectTest1 = null;
    try {
        reflectTest1 = (ReflectTest) clazz1.newInstance();//需要类有无参的构造方法
    } catch (InstantiationException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IllegalAccessException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    reflectTest.display();
    
    output:
    Hello World!
    
  1. 动态加载类
    Class.forName("类的全称")
  • 表示类的类类型,还代表了动态加载类
  • 区分上面所说的编译,运行
  • 编译时刻加载类是静态加载类,运行时刻加载类是动态加载类
    关于动态加载类的实例代码请参考:www.imooc.com/video/3733
  1. java获取方法信息
    /**
     *打印类的信息,包括类的成员函数,成员变量
     */
    public class ClassUtil {
        /**
         * 获取成员函数
         * object 该对象所属类的信息
         *
         * @param object
         */
        public static void printMethodMessage(Object object) {
            //要获取类的信息,首先要获取类的类类型
            Class clazz = object.getClass();//传递的是哪个子类的对象, clazz就是该子类的类类型
            //获取类的名称
            System.out.println("类的名称是:" + clazz.getName());
    
            /**
             * Method类,方法对象
             * 一个成员方法就是一个Method对象
             * getMethods()方法获取的是所有的public的函数,包括父类继承而来的
             * getDeclaredMethods()获取的是所有该类自己声明的方法,不问访问权限
             */
            Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
            for (int i = 0; i < methods.length; i++) {
                //1. 获取注解
                Annotation[] ann = methods[i].getAnnotations();
                for (Annotation a : ann) {
                    System.out.println(a);
                }
    
                //2. 获取权限修饰符
                String str = Modifier.toString(methods[i].getModifiers());
                System.out.print(str + " ");
    
                //3. 得到方法的返回值类型的类类型
                Class returnType = methods[i].getReturnType();
                System.out.print(returnType.getName() + " ");
    
                //4. 得到方法的名称
                System.out.print(methods[i].getName() + "(");
    
                //5.获取参数类型-->得到的是参数列表的类型的类类型
                Class[] paramTypes = methods[i].getParameterTypes();
                //解析数组
                for (int j = 0; j < paramTypes.length; j++) {
                    if (j == 1 || j == paramTypes.length - 1) {
                        System.out.print(paramTypes[j].getName() + " args" + j);
                    } else {
                        System.out.print(paramTypes[j].getName() + " args" + j + ",");
                    }
                }
                System.out.print(")");
    
                //6.获取异常类型
                Class[] exps = methods[i].getExceptionTypes();
                if (exps.length != 0) {
                    System.out.print(" throws ");
                }
                for (int k = 0; k < exps.length; k++) {
                    System.out.print(exps[k].getName() + " ");
                }
                System.out.println();
            }
        }   
    }
    
    class MethodTest {
        private String name;
        //注解类型在java之注解开发章节讲解过的
        @MyAnnotation(wd = WeekDay.MON,id = 4)
        public int age;
        static String desc = "这是一个人";
        public MethodTest() {
        }
    
        private MethodTest(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
        @Deprecated
        public void print(int a, int b) throws Exception {
            System.out.println(a + b);
        }
    
        public void print(String a, String b) {
            System.out.println(a.toUpperCase() + "," + b.toLowerCase());
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "MethodTest{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    
    //调用
    MethodTest methodTest = new MethodTest();
    ClassUtil.printMethodMessage(methodTest);
    
    
    output:
    类的名称是:com.william.test.MethodTest
    public java.lang.String toString()
    @java.lang.Deprecated()
    public void print(int args0,int args1) throws java.lang.Exception 
    public void print(java.lang.String args0,java.lang.String args1)
    

获取方法的信息,主要通过Method类数组来接受getMethods()方法的返回值,然后进行遍历解析。

  1. 获取成员变量信息
    获取成员变量的信息,同获取方法的信息类似,只不过使用Field类数组来接收getFieldss()方法的返回值,然后进行解析。代码如下:

    /**
     * 获取成员变量
     */
    public static void printFieldMessage(Object object) {
        //要获取类的信息,首先要获取类的类类型
        Class clazz = object.getClass();//传递的是哪个子类的对象, clazz就是该子类的类类型
        //获取类的名称
        System.out.println("类的名称是:" + clazz.getName());
    
        /**
         * 成员变量也是对象
         * java.lang.reflect.Field
         * Field类封装了关于成员变量的操作
         * getFields()方法获取的是所有的public的成员变量的信息
         * getDeclaredFields获取的是该类自己声明的成员变量的信息
         */
    
        Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field field : fields) {
            //获取每个属性的权限修饰符
            int i = field.getModifiers();
            String str = Modifier.toString(i);
            //得到成员变量的类型的类类型
            Class fieldType = field.getType();
            String typeName = fieldType.getName();
            //得到成员变量的名称
            String fieldName = field.getName();
            System.out.println(str + " "+ typeName + " " + fieldName);
        }
    
    }
    //调用
    String str = "Hello World!";
    ClassUtil.printFieldMessage(str);
    
    output:
    类的名称是:java.lang.String
    类的名称是:java.lang.String
    private final [C value
    private int hash
    private static final long serialVersionUID
    
  2. 获取构造函数

    /**
     * 获取对象的构造函数的信息
     *
     * @param object
     */
    public static void printConMessage(Object object) {
        //要获取类的信息,首先要获取类的类类型
        Class clazz = object.getClass();//传递的是哪个子类的对象, clazz就是该子类的类类型
        //获取类的名称
        System.out.println("类的名称是:" + clazz.getName());
    
        /**
         * 构造函数也是对象
         * java.lang.Constructor中封装了构造函数的信息
         * getConstructors获取所有的public的构造函数
         * getDeclaredConstructors得到所有的构造函数
         */
        Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.print(constructor.getName() + "(");
            //获取构造函数的参数列表--->得到的是参数列表的类类型
            Class[] paramTypes = constructor.getParameterTypes();
            for (Class clazz1 : paramTypes) {
                System.out.print(clazz1.getName() + ",");
            }
            System.out.println(")");
        }
    
    }
    
    //调用
    String str = "Hello World!";
    ClassUtil.printConMessage(str);
    
    output:
    类的名称是:java.lang.String
    java.lang.String([B,int,int,)
    java.lang.String([B,java.nio.charset.Charset,)
    java.lang.String([B,java.lang.String,)
    java.lang.String([B,int,int,java.nio.charset.Charset,)
    java.lang.String([B,int,int,java.lang.String,)
    java.lang.String(java.lang.StringBuilder,)
    java.lang.String(java.lang.StringBuffer,)
    

二. 方法的反射

  1. 方法的反射
    1) 如何获取某个方法
    方法的名称和方法的参数里列表才能唯一决定某个方法
    2) 方法反射的操作
    method.invoke(对象,参数里列表)
    示例代码:
    public class MethodReflect {
        public static void main(String[] args){
            //要获取print(int,int)方法 1. 要获取一个方法就是获取类的信息,获取类的信息首先要获取类的类类型
            MethodTest methodTest = new MethodTest();
            Class clazz = methodTest.getClass();
    
            try {
                //Method  method = clazz.getMethod("print",new Class[]{int.class,int.class});
                Method method = clazz.getMethod("print",int.class,int.class);
    
                //以前的方法的方法调用
                //methodTest.print(10,20);
    
                //方法的反射操作
                //方法如果没有返回值返回null,有返回值返回具体的返回值
                //method.invoke(methodTest,new Object[]{10,20});
                Object o = method.invoke(methodTest,10,20);
                System.out.println("============================");
                //获取方法print(String,String)
                Method method1 = clazz.getMethod("print",String.class,String.class);
                //用方法进行反射操作
                o = method1.invoke(methodTest,"hello","WORLD!");
    
    
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    class MethodTest {
        private String name;
        public int age;
        static String desc = "这是一个人";
        public MethodTest() {
        }
    
        private MethodTest(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        public void print(int a, int b) {
            System.out.println(a + b);
        }
    
        public void print(String a, String b) {
            System.out.println(a.toUpperCase() + "," + b.toLowerCase());
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "MethodTest{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }
    
    output:
    30
    ============================
    HELLO,world!
    

三. 成员变量的反射

实例如下:

//成员变量的反射
Class clazz1;
try {
    clazz1 = Class.forName("com.william.test.MethodTest");
    Object object = clazz1.newInstance();
    MethodTest methodTest1 = (MethodTest) object;
    //调用private属性
    Field field1 = clazz1.getDeclaredField("name");
    field1.setAccessible(true);
    field1.set(methodTest1,"william");
    System.out.println(methodTest1.toString());
    //调用public的属性
    Field field2 = clazz1.getField("age");
    field2.set(methodTest1,9);
    System.out.println(methodTest1.toString());
    //调用static属性
    Field field3 = clazz1.getDeclaredField("desc");
    System.out.println(field3.get(MethodTest.desc));
    //System.out.println(field3.get(null));
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}
output:
MethodTest{name='william', age=0}
MethodTest{name='william', age=9}
这是一个人

四. 构造函数的反射

实例如下:

//构造函数的反射
Class clazz3 = MethodTest.class;
try {
    Constructor constructor = clazz3.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
    constructor.setAccessible(true);
    MethodTest methodTest2 = (MethodTest) constructor.newInstance("will",99);
    System.out.println(methodTest2.toString());
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

output:
MethodTest{name='will', age=99}

五. 认识泛型的本质

先来看一个实例:

public class FanXingTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList();
        ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
        list1.add("hello");
        //list1.add(20);编译错误
        Class c1 = list.getClass();
        Class c2 = list1.getClass();
        System.out.println(c1 == c2);
        //反射的操作都是编译之后的操作

        try {
            Method m = c2.getMethod("add",Object.class);
            m.invoke(list1,20);//绕过编译操作就绕过了泛型
            System.out.println(list1.size());
            System.out.println(list1);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}
output:
true
2
[hello, 20]

通过返回结果,我们可以看到在编译之后集合的泛型是去泛型化的,java中集合类型的泛型,是防止错误输入的,只在编译阶段有效,绕过编译就无效了,所以我们通过方法的反射来操作,可以绕过编译。

六. 反射应用之动态代理

动态代理是指客户通过代理类来调用其他对象的方法,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。
实例代码:

//动态代理的使用
interface Subject {
    void action();
}

//被代理类
class RealSubject implements Subject {

    @Override
    public void action() {
        System.out.println("我是被代理类,记得要执行我奥,么么~~~");
    }
}

class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {

    Object object;//实现了接口的被代理类的对象的声明

    //①给被代理的对象实例化 ②返回一个代理类的对象
    public Object blind(Object object) {
        this.object = object;
        return Proxy.newProxyInstance(object.getClass().getClassLoader(), object.getClass().getInterfaces(), this);
    }

    //当通过代理类的对象发起对被重写的方法的调用时,都会转化为对如下的invoke方法的调用
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        //method方法的返回值是returnVal
        Object returnVal = method.invoke(object,args);
        return returnVal;
    }
}


public class ProxyTest {
    public static void main(String[] args){
        //1. 创建被代理类对象
        RealSubject realSubject = new RealSubject();
        //2. 创建一个实现了InvocationHandler接口的类的对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();
        //3. 调用blind()方法,冬天的返回一个同样实现了real所在类实现的接口Subject的代理类的对象。
        Object object = handler.blind(realSubject);
        Subject subject = (Subject) object;//此时sub就是代理类的对象

        subject.action();//转到对InvacationHandler接口的实现类的invoke()方法的调用
    }
}
output:
我是被代理类,记得要执行我奥,么么~~~

说明,了解动态代理和静态代理的区别,所谓的静态代理,其代理类和目标对象的类在编译期间就确定下来,不利于程序的扩展。即,每一个代理类只能为一个接口服务,也就是说程序开发中会产生很多代理类。

七. 动态代理与AOP

由:
ctProxy
转换为:
xyProxy

实例:

interface Human {
    void info();

    void fly();
}

class SuperMan implements Human {

    @Override
    public void info() {
        System.out.println("我是超人!");
    }

    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("I believe I can fly!");
    }
}

class HumanUtil {
    public void method1() {
        System.out.println("=============方法一============");
    }

    public void method2() {
        System.out.println("=============方法二============");
    }
}

class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {

    Object object;//被代理类对象的声明

    public void setObject(Object object) {
        this.object = object;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        HumanUtil h = new HumanUtil();

        h.method1();

        Object returnVal = method.invoke(object, args);

        h.method2();

        return returnVal;
    }
}

//动态的创建一个代理类的对象
class MyProxy {
    public static Object getProxyInstance(Object object) {
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();
        handler.setObject(object);

        return Proxy.newProxyInstance(object.getClass().getClassLoader(), object.getClass().getInterfaces(), handler);
    }
}

public class TestAOP {
    public static void main(String[] args){
        SuperMan man = new SuperMan();//创建一个被代理类的对象
        Human human = (Human) MyProxy.getProxyInstance(man);//返回一个代理类的对象
        human.info();//通过代理类的对象嗲用重写的抽象的方法
        System.out.println();
        human.fly();
    }

}

output:
=============方法一============
我是超人!
=============方法二============

=============方法一============
I believe I can fly!
=============方法二============

AOP代理的方法:
AOPMethod

相关概念


什么是编译?
答:将原程序翻译成计算机语言,就是二进制代码,在java中是将.java文件也就是源程序翻译成.class的字节码
什么是编译时?
答:将原程序翻译成计算机语言的过程中,将.java翻译为.class文件的过程
什么是运行时?
答:就是在启动这个程序的时候,在java中是,类加载器加载.class文件,并交给jvm处理
什么是编译型语言?
答:将原程序一次性全部转换为二进制代码,然后执行程序
什么是解释型语言?
答:转换一句,执行一句,java是既编译又解释的语言
编译型语言和解释型语言的区别:
答:编译型语言效率高,依赖于编译器,但是跨平台差,解释型的效率低,依赖于解释器,但跨平台强
什么是类加载器?
答:类加载器就是JVM中的类装载器,作用就是将编译好的.class字节码运到检查器进行安全检查的,检查通过后开始解释执行
什么是运行时动态加载类?
答:反射就是可以将一个程序(类)在运行的时候获得该程序(类)的信息的机制,也就是获得在编译期不可能获得的类的信息,因为这些信息是保存在Class对象中的,而这个Class对象是在程序运行时动态加载的
它就是可以在程序运行的时候动态装载类,查看类的信息,生成对象,或操作生成对象。类在运行的时候,可以得到该类的信息,并且 可以动态的修改这些信息,自己能看到自己,跟照镜子一样,class对象是在运行的时候产生的,通过class对象操作类的信息是在运行时进行的,当运行 程序的时候,类加载器会加载真正需要的类,什么是真正需要的呢?就是该类真正起作用,如:有该类的对象实例,或该类调用了静态方法属性等