【Java SE】二十一、反射
反射是被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期间借助于 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。
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
基本操作
下面的例子中我们已知一个 Person 类，如下：
public class Person {
private String name;
public int age;
public Person(String name, int age) {...} // 公有构造器初始化两个属性
private Person(String name) {...} // 私有构造器初始化一个属性
// ...Get/Set方法以及一个公有方法shou()和一个有返回值的私有方法showNation()
}
正常情况下，在 Person 类外部，不可以通过 Person,类的对象调用其内部私有结构，现在我们来试试反射：
public void test() throws Exception {
// 通过反射，创建对象
Class<Person> clazz = Person.class; // 每个类都是Class对象
Constructor cons = clazz.getConstructor(String.class, int.class); // 获取Person指定构造器对象
Person p = cons.newInstance("Tom", 12); // 创建Person对象
System.out.println(p.getClass()); // 获取该对象的类，依旧是Class对象
System.out.println(p.toString());
// 通过反射，调用对象的方法和属性
Field age = clazz.getDeclaredField("age"); // 获取属性
age.set(p, 10); // 设置属性
System.out.println(p.toString());
Method show = clazz.getDeclaredMethod("show"); // 获取方法，可继续放入该方法的参数类型
show.invoke(p); // 调用P的show方法，可继续放入该方法的参数
// 通过反射，调用对象的私有方法和属性
Constructor cons1 = clazz.getDeclaredConstructor(String.class); // 获取私有构造器
cons1.setAccessible(true);
Person p1 = cons1.newInstance("Jerry");
Field name = clazz.getDeclaredField("name"); // 获取私有属性
name.setAccessible(true);
name.set(p1, "HanMeimei"); // 设置属性
Method showNation = clazz.getDeclaredMethod("showNation", String.class); // 获取私有方法
showNation.setAccessible(true);
String str = (String) showNation.invoke(p1, "中国"); // 调用方法以及接收返回值
System.out.println(p1.toString() + " " + str);
}
该例展示了反射的动态特性，接下来我们一一讲解。
创建运行时类的对象
我们虽然能够通过构造器类的 newInstance() 创建对象，但我们常通过 Class 类的 newInstance() 来实现。
Class<Person> clazz = Person.class;
Person obj = clazz.newInstance(); // 会调用空参构造器，确保运行时类有，且访问权限够
System.out.println(obj);
在 javabean 中要求提供一个 public 的空参构造器。原因如下:
- 便于通过反射，创建运行时类的对象
- 便于子类继承此运行时类时，默认调用
super()时，保证父类有此构造器
获取运行时类的属性和方法结构
除了上述几种方式，还有其他方法：
Class clazz = Person.class;
// 获取运行时类及其父类的所有public属性和方法
Field[] fields = clazz.getFields();
Method[] methods = clazz.getMethods();
for(Field f : fields) {System.out.println(f);}
for(Method m : Methods) {System.out.println(f);}
// 获取运行时类声明的所有属性，不限访问权限，不含继承的属性和方法
Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
for(Field f : declaredFields) {System.out.println(f);}
for(Method m : methods) {System.out.println(m);}
// 获取属性其他结构
for(Field f : declaredFields) {
// 1. 权限修饰符
int modifier = f.getModifiers(); // 获取用数字表示的修饰符
System.out.println(Modiflier.toString(modidier)); // 用内置类方法翻译一下
// 2.数据类型
Class type = f.getType(); // 获取数据类型
System.out.println(type);
// 3.变量名
String name = f.getName();
System.out.println(name);
}
// 获取方法其他结构
for(Method m : methods) {
// 1.注解
Annotation[] annos = m.getAnnotations();
for(Annotation a : annos) {System.out.println(a);}
// 2.权限修饰符
System.out.print(Modifier.toString(m.getModifiers()) + "\t");
// 3.返回值类型
System.out.print(m.getReturnType().getName() + "\t");
// 4.方法名
System.out.print(m.getName() + "\n");
// 5.形参列表
Class[] parameterTypes = m.getParameterTypes();
if(parameterTypes > 0) { // 确保有参数
for(Class parameterType : parameterTypes) {
System.out.print(parameterType.getName() + " ");
}
}
// 6.抛出的异常
Class[] exceptionTypes = m. getExceptionTypes();
if(exceptionTypes > 0){
System.out.println("throws -> ");
for(Class exceptionType : exceptionTypes){
System.out.print(exceptionType.getName() + " ");
}
}
}
注：获取构造器也是如此，有 getXxx() 和 getDeclaredXxx() 两个不同的方法
获取运行时类的父类及父类的泛型
Class clazz = Person.class;
Class superclass = clazz.getSuperclass(); // 获取父类
System.out.println(superclass);
Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass(); // 获取带泛型的父类
System.out.println(genericSuperclass);
ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments(); // 获取泛型类型
System.out.println(actualTypeArguments[e]); // 还可以用.getTypeName()只获取名称
获取运行时类的其他结构
Class clazz = Person. class;
Class[] interfaces = clazz.getInterfaces(); // 获取接口
for(Class c : interfaces) {System.out.println(c);}
Package pack = clazz.getPackage(); // 获取所在包
System.out.println(pack);
Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations(); // 获取类注解
for(Annotation annos : annotations) {System.out.println(annos);}
调用运行时类中的指定内部结构
Class clazz = Person.class;
Person p = (Person) clazz.newInstance(); // 创建运行时类的对象
// 调用指定的属性
Field id = clazz.getField("id"); // 只能获取public修饰的，通常不采用
id.set(p, 1001); // 设置当前属性的值，参数1: 指明设置哪个对象的属性；参数2: 将此属性值设置为多少
System.out.println(id.get(p));
Field name = clazz.getDeclaredField("name") ; // 可获取私有属性，开发常用
name.setAccessible(true); // name为private修饰，需要设置可修改
name.set(p, "Tom");
System.out.println(name.get(p));
// 调用指定的某个方法
Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class); // 参数1: 指明获取的方法名；参数2: 指明方法的形参列表
show.setAccessible(true); // show为private修饰，也需要设置可修改
// invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值，默认类型为Object
System.out.println(show.invoke(p, "CHN")); // 调用方法，参数1: 方法的调用者；参数2: 给方法形参赋值的实参
Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc"); // 该方法为静态方法，无参数和返回值
showDesc.setAccessible(true); // 调用静态属性与静态方法类似
showDesc.invoke(Person.class); // 调用静态方法，调用对象也可以写null，如invoke(null)，效果相同
// 调用指定的构造器 - 不常用
Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class); // 得指明参数列表
constructor.setAccessible(true); // 确保可访问
Person per = (Person) constructor.newInstance("Tom"); // 创建对象
注：调用私有结构时，记得添加 setAccessible(true) 确保可访问
获取 Class 对象的方式
加载到内存中的运行时类，会缓存一定的时间。在此时间之内，我们可以通过不同的方式来获取此运行时类。
public class ReflectionTest {
public void test() {
// 方式一: 调用运行时类的属性: .class
Class clazz1 = Person.class;
// 方式二: 通过运行时类的对象，调用getClass()
Person p1 = new Person();
Class clazz2 = p1.getClass();
// 方式三: 调用Class的静态方法: forName(String classPath) -> 常用
class clazz3 = Class.forName("com.atguigu.java.Person"); // 会抛异常，要处理
System.out.println(clazz1 == clazz2 == clazz3); // true
// 方式四: 使用类加载器: CLassLoader
ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.atguigu.java.Person");
System.out.println(clazz4);
}
}
注意事项：
- 类、接口、数组、枚举、注解 (RUNTIME)、基本数据类型、void 以及 Class，这些类型都可以有 Class 对象
- void 也是数据类型，而 Class 也是类，它们都有 Class 对象
- 只要数组的元素类型与维度一样，就是同一个 Class
类加载器
类加载器作用是用来把类(class)装载进内存的。JVM 规范定义了如下三个类型的加载器：
- 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 re/ib/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 jar 包装入工作，是最常用的加载器。
public class ClassLoaderTest {
public void test() {
//对于自定义类，使用系统类加载器进行加戴
ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader);
//调用系统类加载器的getParent():获取扩展类加载器
ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
System.out.println(classLoader1);
//调用扩展类加载器的getParent():无法获取引导类加载器，其主要负责加载java的核心类库，无法加载自定义类。
ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
System.out.println(classLoader2);
// 无法获取核心类的加载器，也就是引导类加载器
ClassLoader classLoader3 = String.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader3);
}
}
我们也可以用类加载器来读取配置文件，如下代码接上：
public void test2() throws Exception {
Properties pros = new Properties(); // 创建配置对象
ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader(); // 获取当前类加载器
classLoader.getResourceAsStream("jdbc.properties"); // 读取配置
String user = pros.getProperty("user");
String password = pros.getProperty("password");
System.out.println("user = "+ user + ",password = " + password);
}
动态代理
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。
这里先写一个静态代理的例子方便对比：
interface ClothFactory{ // 要干的事
void produceCloth();
}
//代理类
class ProxyClothFactory implements ClothFactory {
private ClothFactory factory; // 用被代理类对象进行实例化
public ProxyClothFactory(ClothFactory factory) {
this.factory = factory;
}
@Override
public void produceCloth() {
System.out.println("代理工厂做一些准备工作");
factory.produceCloth();
System.out.println("代理工厂做一些后续的收尾工作");
}
}
//被代理类
class NikeClothFactory implements ClothFactory {
@Override
public void produceCloth() {
System.out.println("Nike工厂生产一批运动服");
}
}
//测试类
public class StaticProxyTest {
public static void main(String[] args) {
//创建被代理类的对象
NikeClothFactory nike = new NikeClothFactory();
//创建代理类的对象
ProxyClothFactory proxyClothFactory = new ProxyClothFactory(nike);
proxyClothFactory.produceCloth();
}
}
静态代理特点：代理类和被代理类在编译期间就确定下来了。
下面是一个动态代理的例子：
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
interface Human {
String getBelief();
void eat(String food);
}
//被代理类
class SuperMan implements Human {
@Override
public String getBelief() {
return "I believe I can fly!";
}
@Override
public void eat(String food) {
System.out.println("我喜欢吃" + food);
}
}
//代理工厂类
class ProxyFactory {
// 调用此方法，返回一个代理类的对象
public static Object getProxyInstance(Object obj) { // obj: 被代理类的对象
MyInvocationHandler hander = new MyInvocationHandler();
hander.bind(obj);
return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj.getClass().getInterfaces(), hander);
}
}
class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
private Object obj;// 需要使用被代理类的对象进行赋值
public void bind(Object obj){
this.obj = obj;
}
// 当我们通过代理类的对象，调用方法a时，就会自动的调用如下的方法: invoke()
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
// method:即为代理类对象调用的方法，此方法也就作为了被代理类对象要调用的方法
return method.invoke(obj, args); // obj: 被代理类的对象
}
}
//测试类
public class ProxyTest {
public static void main(String[] args) {
SuperMan superMan = new SuperMan();
// proxyInstance:代理类的对象
Human proxyInstance = (Human) ProxyFactory.getProxyInstance(superMan);
// 当通过代理类对象调用方法时，会自动的调用被代理类中同名的方法
System.out.println(proxyInstance.getBelief());
proxyInstance.eat("四川麻辣烫");
/* 为前面的静态代理中的被代理类生成动态代理
NikeClothFactory nikeClothFactory = new NikeClothFactory();
ClothFactory proxyClothFactory = (ClothFactory) ProxyFactory.getProxyInstance(nikeClothFactory);
proxyClothFactory.produceCloth();
*/
}
}