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Java反射机制那些事

前言

前不久学习了反射机制,来总结下。

在此之前,回顾下java程序的编译运行过程,分为三个阶段:源码(.java文件)进过编译生成字节码文件(.class文件),然后jvm加载字节码文件执行程序(runtime)。

前两个步骤(编译阶段)是在硬盘上完成的,后一个步骤(运行阶段)是在内存中完成的,而中间这个衔接就是:jvm通过类加载器----ClassLoader把硬盘中的class文件加载到内存中生成一个Class类的对象,这样就可以使用这个类中的成员变量和方法。一个类默认只会被加载一次,所以这个类对应的Class对象有且仅有一个。

什么是java反射机制?

1983年Smith首次提出反射这个概念,主要指程序可以访问、检测和修改他本身状态或行为的一种能力。

java反射机制是在运行状态中中对类进行解剖并操作类中的构造方法,成员方法,成员属性(主要用于框架中),这种动态获取信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

Class对象和反射机制的联系。

了解了反射机制的概念,那么可见要想利用java反射机制做一些事,那么就要利用Class对象,所以说Class对象是反射的前提。

那么,怎么获取Class对象?

java中有三种方式获取Class对象:

  1. 类名.class

  2. 对象名.getClass

  3. Class.forName("全限定名(包名 + 类名)");

img

补充:Class对象分两种

1.普通Class对象:基于 引用类型

2.预定义(在jvm中的)Class对象:基于 基本类型 和 void

反射机制的几种作用:

  1. 在运行时判断任意一个对象所属的类
  2. 在运行时构造任意一个类的对象
  3. 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
  4. 在运行时调用任意一个对象的方法

先准备一个类:

package com.test.demo;

public class Student {
    public String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    private Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void show(String msg){
        System.out.println("show方法 = " + msg);
    }
    private void speak(String msg,int number){
        System.out.println("speak方法 = " + msg +":"+ number );
    }

@Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}
复制代码

反射的使用1:构造器(Constructor)的反射

再次之前,我们可以通过公共的空参构造new一个Student,但是无法new私有的满参构造。

Student student = new Student();
复制代码

现在来反射构造构造器(反射的形式创建实例)

public static void main(String[] args)
            throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException,
            InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> clazz = Student.class;
        /*
            根据参数类型获取相应的构造器
            参数类型是形参类型
         */
        Constructor<?> constructor = clazz.getConstructor();
        /*
            创建实例
            参数类型是实参类型(形参一一对应)
         */
        Object obj = constructor.newInstance();
        System.out.println("obj = " + obj);
}
复制代码

这样获取到的Student对象和new出来的空参构造器new出来的对象效果一样的(实际业务开发并没有意义)。

前者通过new创建出来对象的方式相比用反射创建的对象更被动,前者 是被new出来的,而用反射,是自己创建自己(对象),构造方法反客为主。

还有一种方式,就是直接通过Class对象创建构造器:

public static void main(String[] args)
            throws  IllegalAccessException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> clazz = Student.class;
        /*
            默认调用空参构造创建一个实例
            jdk9中已过时
        */
        Object obj = clazz.newInstance();
        System.out.println("obj = " + obj);
    }
复制代码

在Student类中 ,还有一个私有的构造器,正常方式下是不能通过私有构造器创建对象的。,但是反射可以做到:

public static void main(String[] args)
            throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException,
            InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> clazz = Student.class;
        /*
            获取构造
            因为权限是私有,但getConstructor()只能获取public修饰的方法
            getDeclaredConstructor():获取声明的方法。只要声明的就可以
         */
       Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
       System.out.println("满参私有构造 :" + constructor);
        /*
            私有构造,newInstance会产生非法访问异常:java.lang.IllegalAccessException
            所以要改变权限setAccessible() -->暴力反射
         */
        constructor.setAccessible(true);
       Object obj = constructor.newInstance("小明",20);

        System.out.println("obj = " + obj);
    }
复制代码

以上就是利用反射来创建一个对象(反射构造器)。

反射的使用2:方法(Method)的反射

接下来看看Student对象内两个方法的反射

我们之前(外部)使用方法,都是都是通过对象调用(非私有)方法,如果是静态方法就是类直接调用。

那么,使用反射调用(非私有)方法,该怎么做?

public static void main(String[] args)
            throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException,
            InvocationTargetException {
        //获取Class对象
        Student student = new Student();
        Class<? extends Student> clazz = student.getClass();
        /*
            getMethod():获取Class对象里的方法
            参数一:方法名
            参数二:参数列表类型
         */
        Method show = clazz.getMethod("show", String.class);
        /*
            调用show方法需要对象和参数
            invoke()方法:调用的意思
            参数一:调用此方法的对象
            参数二:调用此方法需要传入的实参
         */
        show.invoke(student, "hello public show");
    }
复制代码

反射可以理解为语言语法上的倒装句:

我们平时写代码都是我(对象)去调用方法,这里就是:

new Student().show("对象调用方法");

而在 show.invoke(student, "hello public show"); 中,

show方法考虑的是谁来调用我,然后Student对象说,我来调用你(student作为参数)。

扩展:如果公共的show方法加上static关键字,会影响方法调用吗?

提示:静态与对象无关.

答:加上static关键字,普通代码即使不new对象也可以调用,这个大家都知道,那么,在show.invoke(student, "hello public show"); 中参数1 写 null 也是不影响的,因为,show方法来自于 Student的Class对象。

接下来看看私有方法的反射如何实现?

ps: 反射通道的API都很有规律,可读性很强

public static void main(String[] args)
            throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException,
            InvocationTargetException {
         //获取Class对象
        Student student = new Student();
        Class<? extends Student> clazz = student.getClass();
        /*
            getDeclaredMethod():获取Class对象里的声明过的方法(包括)
            参数一:方法名
            参数二:参数列表类型
         */
        Method speak = clazz.getDeclaredMethod("speak", String.class, int.class);
        //私有方法,暴力反射
        speak.setAccessible(true);
        /*
            调用show方法需要对象和参数
            invoke()方法:调用的意思
            参数一:调用此方法的对象
            参数二:调用此方法需要传入的实参
         */
        speak.invoke(student, "hello private speak",2018);
    }
复制代码

反射的使用3:属性(Field)的反射

在Student实体中有一个共有属性一个私有属性,我们可以通过对象来设置共有属性的值,那么通过反射如何实现所有属性的赋值?

先来看看共有属性name的赋值

public static void main(String[] args)
            throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException,
            IllegalAccessException, InstantiationException {
         //获取Class对象,参数全限定名
        Class<?> clazz = Class.forName("com.test.demo.Student");
        /*
            getField():通过属性名获取属性
         */
        Field name = clazz.getField("name");
        //获取对象
        Object obj = clazz.newInstance();
        /*
            设置一个值
            参数一:哪个对象的属性值
            参数二:参数
         */
        name.set(obj,"张三");
        System.out.println(obj);
    }
复制代码

根据前面说的API,反射属性不难理解。

私有属性的反射也不难实现

public static void main(String[] args)
            throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException,
            IllegalAccessException, InstantiationException {
         //获取Class对象,参数全限定名
        Class<?> clazz = Class.forName("com.test.demo.Student");
        /*
            getDeclaredField():通过属性名获取(所有权限)属性
         */
        Field age = clazz.getDeclaredField("age");
        //暴力反射
        age.setAccessible(true);
        //创建对象
        Object obj = clazz.newInstance();
        /*
            设置一个值
            参数一:哪个对象的属性值
            参数二:参数
         */
        age.set(obj,20);
        System.out.println(obj);
    }
复制代码

总结:

使用java的反射机制,一般需要遵循三步:

  1. 获得你想操作类的Class对象
  2. 通过第一步获得的Class对象去取得操作类的方法或是属性名
  3. 操作第二步取得的方法或是属性

那么反射到底有什么用?

反射最主要还是运用在框架中,了解反射(不止反射)才更好的了解一些框架的原理。

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