15. 反射
一、Java反射机制概述
??Reflection（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取得内部任何类的内部信息，并且直接操作任意对象的内部属性即方法。加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象就包含了完整的类的结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构。
??动态语言是一类在运行时可以改变其结构的语言，静态语言在运行时结构不可变。Java不是动态语言，但Java可以称之为“准动态语言”，即Java有一定的动态性，我们可以利用反射机制、字节码操作获得类似动态语言的特性。Java的动态性让编程的时候更加灵活。
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
反射相关的API
- java.lang.Class：代表一个类
- java.lang.reflect.Method：代表类的方法
- java.lang.reflect.Field：代表类的成员变量
- java.lang.reflect.Constructor：代表类的构造器
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class ReflectionTest {
public static void main(String[] args) {
Class clazz = Person.class;
try {
Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class,int.class);
Object object = constructor.newInstance("Sakura",9);
Person person = (Person)object;
System.out.println(person);
Method setAge = clazz.getDeclaredMethod("setAge", int.class);
setAge.invoke(person, 10);
System.out.println(person);
Field age = clazz.getDeclaredField("age");
age.setAccessible(true);
age.set(person, 11);
System.out.println(person);
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SecurityException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalArgumentException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NoSuchFieldException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
public class Person {
private String name;
private int age;
public Person(){
}
public Person(String name,int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
public void setName(String name){
this.name = name;
}
public String getName(){
return name;
}
public void setAge(int age){
this.age = age;
}
public int getAge(int age){
return age;
}
public String toString(){
return "Person { name:" + name + ",age:" + age + "}";
}
}
二、理解Class类并获取Class实例
??程序经过javac.exe命令后，生成一个或多个字节码文件（.class结尾），接着我们使用java.exe命令对某个字节码文件进行解释运行。此过程就称为类的加载。加载到内存中的类，我们就称为运行时类，此运行时类，就作为一个Class的一个实例。换句话说，Class的实例就对应着一个运行时类。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。
获取Class的实例方法
public class Template {
public static void main(String[] args) {
//方法一：调用运行时类的属性：.class
Class clazz1 = Person.class;
System.out.println(clazz1);
//方法二：通过运行时类的对象，调用getClass()
Person person = new Person();
Class clazz2 = person.getClass();
System.out.println(clazz2);
//方法三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)
Class clazz3 = null;
try {
clazz3 = Class.forName("Person");
System.out.println(clazz3);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
//方式四：使用类的加载器：ClassLoader\
Class clazz4 = null;
ClassLoader classLoader = Template.class.getClassLoader();
try {
clazz4 = classLoader.loadClass("Person");
System.out.println(clazz4);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("clazz1 == clazz2:" + (clazz1 == clazz2));
System.out.println("clazz1 == clazz3:" + (clazz1 == clazz3));
System.out.println("clazz1 == clazz4:" + (clazz1 == clazz4));
System.out.println("clazz2 == clazz3:" + (clazz2 == clazz3));
System.out.println("clazz2 == clazz4:" + (clazz2 == clazz4));
System.out.println("clazz3 == clazz4:" + (clazz3 == clazz4));
}
}
public class Person {
private String name;
private int age;
public Person(){
}
public Person(String name,int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
public void setName(String name){
this.name = name;
}
public String getName(){
return name;
}
public void setAge(int age){
this.age = age;
}
public int getAge(int age){
return age;
}
public String toString(){
return "Person { name:" + name + ",age:" + age + "}";
}
}
哪些类型可以有Class对象
- 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，只要数组的元素类型与维度一样，就是同一个Class
- enum：枚举
- annotation：注解@interface
- primitive type：基本数据类型
- void
三、类的加载与ClassLoader的理解
??类的加载器将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。标准的 Java SE 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，它经维持加载（缓存）一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
//对于自定义类，使用系统类加载器
ClassLoader classLoader1 = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader1);
//调用系统加载器的getParent()获取扩展类加载器
ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
System.out.println(classLoader2);
//调用扩展类加载器的getParent()不能获得引导类加载器
//引导类加载器主要负责加载java的核心类库，无法加载自定义类
ClassLoader classLoader3 = classLoader2.getParent();
System.out.println(classLoader3);
}
}
四、创建运行时类的对象
public class NewInstanceTest {
public static void main(String[] args) {
Class clazz = Person.class;
try {
//newInstance()：调用此方法，创建对应的运行时类的对象，内部调用了运行时类的空参的构造器
//要想此方法正常提供运行时类的对象，要求：
// 1.运行时类必须提供空参的构造器
// 2.空参的构造器的访问权限足够大，通常，设置为public
Person person = clazz.newInstance();
System.out.println(person);
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public class Person {
private String name;
private int age;
public Person(){
}
public Person(String name,int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
public void setName(String name){
this.name = name;
}
public String getName(){
return name;
}
public void setAge(int age){
this.age = age;
}
public int getAge(int age){
return age;
}
public String toString(){
return "Person { name:" + name + ",age:" + age + "}";
}
}
四、获取运行时类的完整结构
import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Modifier;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
public class ReflectionTest {
public static void main(String[] args) {
Class clazz = Person.class;
//获取属性结构
//getFields()：获取当前运行时类及其父类中声明为public访问权限的属性
Field[] fields = clazz.getFields();
for(Field field:fields){
System.out.println(field);
}
System.out.println();
//getDeclaredFields()：获取当前运行时类中声明的所有属性。（不包含父类中声明的属性）
Field[] declarFields = clazz.getDeclaredFields();
for(Field field:declarFields){
//权限修饰符
int modifier = field.getModifiers();
System.out.print(Modifier.toString(modifier));
System.out.print(((modifier == 0)? "" :" "));
//数据类型
Class type = field.getType();
System.out.print(type.getName());
System.out.print(" ");
//属性名
String fieldName = field.getName();
System.out.print(fieldName);
System.out.println();
}
System.out.println();
//获取方法结构
//getMethods()：获取当前运行时类及其父类中声明为public访问权限的方法
Method[] methods = clazz.getMethods();
for (Method method : methods) {
System.out.println(method);
}
System.out.println();
//getDeclaredMethods()：获取当前运行时类中声明的所有方法。（不包含父类中声明的方法）
Method[] declarMethods = clazz.getDeclaredMethods();
for (Method method : declarMethods) {
//获取方法的注解
Annotation[] annotations = method.getAnnotations();
for (Annotation annotation : annotations) {
System.out.println(annotation);
}
//获取权限修饰符
int modifier = method.getModifiers();
System.out.print(Modifier.toString(modifier));
System.out.print(((modifier == 0)? "" :" "));
//获取返回值类型
System.out.print(method.getReturnType().getName() + " ");
//方法名
System.out.print(method.getName());
System.out.print("(");
//形参列表
Class[] parameterTypes = method.getParameterTypes();
if(!(parameterTypes==null || parameterTypes.length==0)){
for (int i=0;iimport java.io.Serializable;
public class Creature implements Serializable{
private char gender;
public double weight;
private void breath(){
System.out.println("生物呼吸");
}
public void eat(){
System.out.println("生物进食");
}
}
@MyAnnotation(value="hi")
public class Person extends Creature implements Comparable,MyInterface{
private String name;
int age;
public int id;
public Person(){
}
@MyAnnotation(value="abc")
private Person(String name){
this.name = name;
}
Person(String name,int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
@MyAnnotation()
private String show(String nation){
System.out.println("我的国籍是" + nation);
return nation;
}
public String display(String interests,int year) throws NullPointerException,ClassNotFoundException{
return interests + year;
}
@Override
public void info() {
System.out.println("我是一个人");
}
@Override
public int compareTo(String o) {
return 0;
}
}
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
import static java.lang.annotation.ElementType.*;
@Target({TYPE,FIELD,METHOD,PARAMETER,CONSTRUCTOR,LOCAL_VARIABLE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyAnnotation {
String value() default "hello";
}
public interface MyInterface {
void info();
}
五、调用运行时类的指定结构
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class ReflectionTest {
public static void main(String[] args) {
Class clazz = Person.class;
//调用指定的属性
try {
//创建运行时类的对象
Person person = (Person)clazz.newInstance();
//getField（）：获取指定的属性：要求属性声明为public
Field id = clazz.getField("id");
/**
* 设置当前属性的值
* set()：参数1：指明设置那个对象的属性 参数2：将此属性设置为多小
*/
id.set(person, 1001);
/**
* 获取当前属性的值
* get()：参数1：获取哪个对象的属性值
*/
int pId = (int)id.get(person);
System.out.println("id = " + pId);
//1.getDeclaredField()：获取指定变量名的属性
Field name = clazz.getDeclaredField("name");
//2.保证当前属性是可以访问的
name.setAccessible(true);
//3.获取、设置指定对象的此属性值
name.set(person, "Sakura");
System.out.println("name = " + name.get(person));
} catch (NoSuchFieldException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SecurityException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println();
//调用指定的方法
try {
//创建运行时类对象
Person person = (Person)clazz.newInstance();
//1.getDeclaredMethod()：获取指定的某个方法：参数1：指明获取的方法的名称 参数2：指明获取的方法的形参列表
Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);
//2.保证当前方法是可访问的
show.setAccessible(true);
/**
* 3.调用方法的invoke()：参数1方法的调用者 参数2：给方法赋值的实参
* invoke()的返回值即为对应类中调用方法的返回值
*/
Object returnValue = show.invoke(person, "China");
System.out.println(returnValue);
System.out.println("**********如何调用静态方法**********");
Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
showDesc.setAccessible(true);
//如果调用的运行时类中的方法没有返回值，则此invoke()返回null
System.out.println(showDesc.invoke(Person.class));
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SecurityException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalArgumentException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
//调用指定的构造器
try {
/**
* 1.获取指定的构造器
* getDeclaredConstructor()：参数：指明构造器的参数列表
*/
Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
//2.保证此构造器是可访问的
constructor.setAccessible(true);
//3.创建此运行时类的对象
Person person = (Person) constructor.newInstance("Sakura");
System.out.println(person);
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SecurityException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalArgumentException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
import java.io.Serializable;
public class Creature implements Serializable{
private char gender;
public double weight;
private void breath(){
System.out.println("生物呼吸");
}
public void eat(){
System.out.println("生物进食");
}
}
@MyAnnotation(value="hi")
public class Person extends Creature implements Comparable,MyInterface{
private String name;
int age;
public int id;
public Person(){
}
@MyAnnotation(value="abc")
private Person(String name){
this.name = name;
}
Person(String name,int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
@MyAnnotation()
private String show(String nation){
System.out.println("我的国籍是" + nation);
return nation;
}
public String display(String interests,int year) throws NullPointerException,ClassNotFoundException{
return interests + year;
}
@Override
public void info() {
System.out.println("我是一个人");
}
@Override
public int compareTo(String o) {
return 0;
}
private static void showDesc(){
System.out.println("我是一个可爱的人");
}
public String toString(){
return "Person{" + "name:" + name + ",age:" + age + ",id:" + id +"}";
}
}
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
import static java.lang.annotation.ElementType.*;
@Target({TYPE,FIELD,METHOD,PARAMETER,CONSTRUCTOR,LOCAL_VARIABLE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyAnnotation {
String value() default "hello";
}
public interface MyInterface {
void info();
}
六、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。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。动态代理相比与静态代理，它的抽象角色中（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。
public class ProxyTest{
public static void main(String[] args) {
SuperMan superMan = new SuperMan();
//proxyInsrance：代理类的对象
Human proxyInsrance = (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
String belief = proxyInsrance.getBelief();
System.out.println(belief);
proxyInsrance.eat("甜食");
}
}
public interface Human {
String getBelief();
void eat(String food);
}
public 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);
}
}
import java.lang.reflect.Proxy;
public class ProxyFactory {
//调用此方法，返回一个代理类对象
//object：被代理类的对象
public static Object getProxyInstance(Object obj){
MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();
handler.bind(obj);
return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj.getClass().getInterfaces(), handler);
}
}
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler{
//需要使用被代理类的对象进行赋值
private Object object;
public void bind(Object object){
this.object = object;
}
//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()
//将被代理类要执行的方法a声明在invoke()中
@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
//object：被代理类的对象
Object returnValue = method.invoke(object, args);
//上述方法的返回值就作为当前类中的invoke()的返回值
return returnValue;
}
}