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程序员:小姐姐,你学“反射”脱我裤子干嘛,这样不太好吧

程序员:小姐姐,你学“反射”脱我裤子干嘛,这样不太好吧

作者: Java余笙 | 来源:发表于2020-05-13 21:08 被阅读0次

前言:
反射是框架设计的灵魂(使用的前提条件:必须先得到代表的字节码的Class,Class类用于表示.class文件(字节码))

首先学习反射之前,我要提出疑问:

反射是个什么东西?它是用来做什么的?平时的应用场景有哪些?为啥要用它?它有什么优缺点?它的工作原理是什么?我怎么使用它?

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Q1:什么是反射?

A:反射就是把java类中的各种成分映射成一个个的Java对象。

例如:一个类有:成员变量、方法、构造方法、包等等信息,利用反射技术可以对一个类进行解剖,把个个组成部分映射成一个个对象。(其实:一个类中这些成员方法、构造方法、在加入类中都有一个类来描述)

如下图是类的正常加载过程:反射的原理在与class对象。

熟悉一下加载的时候:Class对象的由来是将class文件读入内存,并为之创建一个Class对象。

其中这个Class对象很特殊,我们先了解一下这个Class类。

查看Class类在java中的api详解(1.7的API):

如何阅读java中的api详见java基础之——String字符串处理

Class 类的实例表示正在运行的 Java 应用程序中的类和接口。也就是jvm中有N多的实例每个类都有该Class对象。(包括基本数据类型)

Class 没有公共构造方法。Class 对象是在加载类时由 Java 虚拟机以及通过调用类加载器中的defineClass 方法自动构造的。也就是这不需要我们自己去处理创建,JVM已经帮我们创建好了。

没有公共的构造方法,方法共有64个太多了。

Q2:用途是什么?

A:反射最重要的用途就是开发各种通用框架,比如在spring中,我们将所有的类Bean交给spring容器管理,无论是XML配置Bean还是注解配置,当我们从容器中获取Bean来依赖注入时,容器会读取配置,而配置中给的就是类的信息,spring根据这些信息,需要创建那些Bean,spring就动态的创建这些类。还有在struts2的struts.xml中配置action,也是通过反射调用的action。

反射的作用:通过反射可以让程序代码访问装载到JVM中的类的内部信息。

用途太多,概念也很多,我需要一句话就可以解释它的作用或者用途:

反射可以赋予jvm动态编译的能力

看到又出现一个词,动态编译,来我们来唠唠这个词。

Java中编译类型有两种:

  • 静态编译:一次性编译。在编译的时候把你所有的模块都编译进去。
  • 动态编译:按需编译。程序在运行的时候,用到那个模块就编译哪个模块。

如果不理解,那么给个业务场景帮助你理解:比如开发一个阅读器,支持txt,pdf,doc三种格式。我们把读txt,读pdf,读doc定义为三个功能模块。

  • 静态编译:我想看个txt,点击应用程序图标以后,三个功能都加载进来了。在这里,另外两个模块的作用就是占用系统资源。
  • 动态编译:我想看个txt,点击应用程序,判断格式,只加载读txt模块,使用读txt模块。

显然,动态编译1速度快,2节省了系统资源,3利于今后拓展。

那么这个JVM动态编译常用的场景有哪些呢?或者说反射的使用场景(用途)有哪些?此物的用途?

  • 场景一:在日常的第三方应用开发过程中,经常会遇到某个类的某个成员变量、方法或是属性是私有的或是只对系统应用开放,这时候就可以利用Java的反射机制通过反射来获取所需的私有成员或是方法。
  • 场景二:当我们在使用IDE(如Eclipse,IDEA)时,当我们输入一个对象或类并想调用它的属性或方法时,一按点号,编译器就会自动列出它的属性或方法,这里就会用到反射。
  • 场景三:反射最重要的用途就是开发各种通用框架。很多框架(比如Spring)都是配置化的(比如通过XML文件配置JavaBean,Action之类的),为了保证框架的通用性,它们可能需要根据配置文件加载不同的对象或类,调用不同的方法。

Q3:为啥要用它?它有什么优缺点?

A:Java的反射机制就是增加程序的灵活性,解耦。反射就是一种机制,可以让你仅知道类的名字的情况下,可以了解整个类的内部的结构,并且访问内部的成员和方法等。

解释:对于大型的软件,一个大公司的各个小组都有自己的分工,去实现不同的模块,那么各个小组之间如何协作就非常关键。例如A小组完成IPolicy接口的实现,而B小组需要使用A的实现,这时候就可以使用反射机制,B小组完全不用知道IPolicy是如何实现的,只需要知道实现后的类名即可,或者说,类名完全保存在一个xml或者属性中,由A小组去填充,这样B小组的代码看上去就和A毫无瓜葛。

因此反射在一般框架中使用较多。因为框架要适用更多的情况。对灵活性要求较高。

优势:

  • 增加程序的灵活性,避免将固有的逻辑程序写死到代码里
  • 代码简洁,可读性强,可提高代码的复用率

缺点:

  • 相较直接调用在量大的情景下反射性能下降
  • 存在一些内部暴露和安全隐患
  • 针对它的缺点,我们聊聊反射到底慢在哪些地方
  • 寻找类 Class 字节码的过程
  • 安全管理机制的权限验证等等
  • 若需要调用 native 方法调用时 JNI 接口的使用

Q4:反射的工作原理?反射技术的组成部分?

A:万物皆对象,我们定义的类其实从面向对象的角度来分析,它其实也是一个具体的对象,它是一个描述类的实例。描述这个类中有哪些属性,行为等等内容.。我们可以通过定义类,来描述一组具有相同属性,行为的实例对象。比如我们创建 Person 类

Class Person {
    String ID;
    int age;Seven
    void talk(){

    }
}

我们可以基于这个类创建具体不同身份证号和姓名的 Person 实例(new Person)。每一个实例都具有身份证号,年龄,说话的行为。通过上面的简单案例,我们可以这么理解在Java 语言中 Class 的定义,是创建对象的统一模板.。那么我们可以思考这样一个问题,既然不管是 Java 语言默认的类还是我们自定义创建的类都 是为了创建具有相同行为属性的对象的模板。

那么每一个类我们在定义的时候,是不是也可以抽取共性的东西,比如,每一个类都有包名,属性定义,行为(方法),构造器等等。

那么既然每一个类都会具备这样的内容,那么这些类对象实例,应该也可以抽取成一个公有的模板,用于创建类对象实例的模板。所以在java 中,这个类定义的创建模板就是我们 java 语言中的 java.lang.Class 类。在 Class 的模板中,我们也可以找到大家耳熟能详的模板类如Method,Constructor,Field ...

深入 Class 内部:

通过上面的内容,我们已经了解到我们创建的每一个自定义的Class实例都是基于他的模板类java.lang.Class 类。在大家每一个编写的类实例中,都会定义这个类的包名,类名,访问域,特征符,构造器,字段,函数,父类,接口等等内容。这些内容在我们的 Class 类中都提供了对应的获取方法进行获取。

Q5:如何使用?

A:

反射-基本信息操作:

  • int modifier = clazz.getModifiers(); //获取类的修饰符
  • Package package= clazz.getPackage();//获取类的包名
  • String fullClassName = clazz.getName();//获取类的全路径名称
  • String simpleClassName = clazz.getSimpleName();//获取类的简单名称
  • ClassLoader classLoader = clazz.getClassLoader();//获取类的类加载器
  • Class[] interfacesClasses = clazz.getInterfaces();//获取类实现的接口列表
  • Class fc= clazz.getSuperclass();//获取类的父类
  • Annotation[] annotations= clazz.getAnnotations(); //获取类的注解列表

反射-字段操作:

  • Field[] fields = clazz.getFields();//获取类中所有的公有字段 包含继承
  • Field[] declaredFields=clazz.getDeclaredFields();//获取类中定义的字段 内部
  • Field nameField=clazz.getField("name");//获取指定名称的公有字段
  • Field likeDescField=clazz.getDeclaredField("likeDesc");//获取指定名称类中定义的字段
  • int modifersFiled = likeDescField.getModifiers();//获取字段的修饰
  • nameField.setAccessible(true);//指定字段强制访问
  • nameField.set(person,"小皮皮");//成员字段赋值(需指定对象)
  • descriptionField.set(null,"没有结婚的都是男孩!");//静态字段赋值

反射-方法操作:

  • Method[] methods = clazz.getMethods();//获取类中所有的公有方法 继承

  • Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();//获取类中定义的方法

  • Method talkMethod = clazz.getMethod("talk", String.class);//获取类中指定名称和参数的公有方法

  • Method pugMethod = clazz.getDeclaredMethod("pickUpGirls") //获取类中定义指定名称和参数的方法

  • int modifers = pugMethod .getModifiers();//获取方法的修饰符

  • talkMethod.invoke(boy,"I LOVE SEVEN");//指定对象进行成员方法的调用

  • pugMethod .setAccessible(true);//指定方法的强制访问

  • pickUpGirlsMethod.invoke(null);//静态方法的调用

  • 反射-构造器操作:

  • Constructor[] cons = clazz.getConstructors();//获取类中所有的公有构造器

  • Constructor[] cons = clazz.getDeclaredConstructors();//获取类中所有的构造器

  • Constructor conNoParam= clazz.getDeclaredConstructor();//获取类中无参的构造器

  • Constructor con= clazz.getDeclaredConstructor(String.class,String.class); //获取类中有参构造

  • int modifers = con.getModifiers();//获取构造器的修饰符

  • conNoParam.newInstance();//构造器实例对象

  • con.setAccessible(true);//指定方法的强制访问

  • con.newInstance('abc','def');//有参构造调用

  • class.newInstacne();//class直接调用默认无参构造

举一反三:

疑问一:现在我们基本解决上面提出的几个问题了,有了一个基本的了解之后,有没有想起我们常常被面试的时候,问到的Spring框架IOC控制反转,是不是跟反射有那么一些关联?或者说SpringIOC容器它是怎么做到控制反转的?

疑问二:仅知道类的名字的情况下,可以了解整个类的内部的结构,并且访问内部的成员和方法等。那么针对私有的一些方法,或者构造器,岂不是可以破坏它,比如说:通过反射机制可以破坏单例模式,它为啥可以做到这一点的?通过反射机制可以破坏单例模式

先在这里埋下伏笔,后面我再补上答案,当然也欢迎大家在我的评论区留下你的答案,最好能通俗易懂,通过举例的方式最好。

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