深入剖析JAVA的反射机制

作者: 起个名忒难 | 来源:发表于2017-05-06 15:33 被阅读156次

定义

在Java 的运行时环境中，对于任意的一个类，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任意的方法和属性，这种动态的获取类的信息以及动态的调用对象方法的功能，称之为反射（注意是运行状态，非编译）。

Java反射提供的主要功能：

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
在运行时调用任意一个对象的方法

Java反射机制实现类：

Field类：代表类的成员变量
Method类：代表类的方法
Constructor类：代表类的构造方法
Array类：提供动态的创建数组
- 以上四个类都位于java.lang.reflect 包中
Class类：代表一个类，位于java.lang 包中

反射的使用

在JAVA中，无论一个类生成多少个对象，这些对象都会对应同一个Class对象。要想使用反射，首先需要获得待处理的类或者对象所对应的Class对象。该Class对象是在类被加载之后，由系统自动生成的。获取该Class对象有三种方式：

使用Class类的静态方法forName： Class.forName("java.lang.String") ,参数必须添加完整的路径，包括包名。
使用类的.class 语法： String.class
使用对象的getClass()方法： String s = "reflect" ;Class<?> clazz = s.getClass()

以上便是获取Class对象的三种方式，要使用反射，必须先获取Class对象，一旦获取了Class对象之后，就可以调用Class对象的方法来获得对象和该类的真实信息。

反射相关API ，使用反射生成并操作对象

Class对象可以获得带操作类里的方法(Method)，构造器(constructor)，Field 。要操作方法需要获得Mehtod对象，要操作构造器需要获得Constructor对象，要操作属性需要获得Field对象。

下面将会结合具体的实例，来说明生成Class对象的三种方式是如何使用的：

反射初体验,通过第一种方式，获取Class对象，并打印java.lang.String的所有声明方法:

Class<?> aClass = Class.forName("java.lang.String");  //获取String类的Class对象
Method[] methdos = aClass.getDeclaredMethods(); //获取所有的声明方法
for(Method m : methdos)  //循环遍历Method数组
   System.out.println(m);   //打印方法名称，包含了private 方法

运行结果：

部分运行结果截图

通过反射调用某个类的方法

public class InvokeTest {

    public int add(int a , int b){
        return a +b ;
    }
    public String echo(String message){
        return "Hello :" +message ;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //通过new的方式调用
        //InvokeTest invokeTest = new InvokeTest();
        //System.out.println(invokeTest.add(1 , 2));
        //System.out.println(invokeTest.echo("Tom"));

        //通过反射调用方法
        //通过内置语法，获取Class对象
        Class<InvokeTest> invokeTestClass = InvokeTest.class;
        //创建Class对象表示的类的实例 ，调用Class对象的newInstance()方法
        InvokeTest invokeTest = invokeTestClass.newInstance();
        
        //获取待操作类的Method对象。传入方法名字，和方法的参数类型 
        Method add = invokeTestClass.getDeclaredMethod("add", new Class[]{int.class, int.class});
        //使用这种方式也是可以得，因为getDeclaredMethod()第二个参数是一个可变参数
        //Method add = InvokeTestClass.getDeclaredMethod("add" , int.class , int.class) 
        Method echo = invokeTestClass.getDeclaredMethod("echo", new Class[]{String.class});
        
        //调用Method对象的invoke方法，表示含义为，调用invokeTest对象的add/echo方法，并传出参数值
        Object addResult = add.invoke(invokeTest, new Object[]{1, 2});
        Object echoResult = echo.invoke(invokeTest, new Object[]{"Tome"});
        
        //打印输出的结果
        System.out.println((Integer) addResult); 
        System.out.println((String) echoResult);  
        
        //运行结果
        //3
        //Hello :Tome
    }
}

通过反射调用某个类的构造方法，创建对象

public class ConstructorTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        User user = new User() ;
        //使用第三种获取Class对象的方式。使用getClass()方法
        Class<?> userClass = user.getClass();
        //调用无参构造方法，创建对象实例，反射无法得知返回的类型，需要强制类型转换
        Constructor<?> constructor = userClass.getConstructor();
        User user1 = (User)constructor.newInstance();
        //上面两行代码可以替换为下面一行代码
        //User u = (User)userClass.newInstance();
        user1.setAge(18);
        user1.setName("zhangsan");
        System.out.println(user1.getName() +"," + user1.getAge()); //zhangsan,18
        System.out.println("--------------------------");
        //调用有参构造方法，下面两行方法中的参数要一一对应
        Constructor<?> constructor1 = userClass.getConstructor(new Class[]{String.class, int.class});
        User user2 = (User)constructor1.newInstance(new Object[]{"lisi", 30});
        System.out.println(user2.getName() +"," +user2.getAge());
    }
}

class User{
    private String name ;
    private int age ;

    public User(){}

    public User(String name , int age ){
        this.name = name ;
        this.age = age ;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

通过反射生成对象有两种方式：

1.使用Class对象的newInstance()方法，这种方法要求对象的对应类有无参构造方法
2.先使用Class对象获得Constructor()对象，在调用Constructor对象的newInstance()方法。这种方式可以调用无参的构造方法，也可以调用有参的构造方法。但是Constructor()和newInstance()中的参数要一一对应。可参考上例。

通过反射操作类的属性

public class FieldTest {
    public static void main(String[] args) throws  Exception {
        //获取Class对象，并生成实例对象
        Class<?> personClass = Person.class;
        Object p = personClass.newInstance();
        //通过Class对象的getDeclaredField()方法，获取类的field
        Field name = personClass.getDeclaredField("name");
        Field age = personClass.getDeclaredField("age");
        //name字段为private 修饰，使用setAccessible()方法，取消访问权限检查
        name.setAccessible(true);
        //调用set()方法，设置p对象的值
        name.set(p , "zhangsan");
        age.set(p , 18);
        //打印值
        System.out.println(p); //name: zhangsan, age: 18 
    }
}

class Person{
    private String name ;
    public  int age ;

    @Override
    public String toString() {
        return  "name: "+name +", age: "+age ;
    }
}

通过setAccessible()方法，可以通过反射访问类中的私有属性和私有方法，通常不建议这样使用，因为它打破了封装的特性。但是在一些特定情况中，还是需要使用这种方式的。

通过反射操作数组

public class ArrayTest {

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个类型为String, 长度为10 的数组 
        Object o = Array.newInstance(String.class, 10);
        
        //为数组赋值
        Array.set(o , 2 ,"hello");
        Array.set(o , 5 ,"world");
        
        //获取数组的值，并打印
        System.out.println(Array.get(o , 2));  //hello
        System.out.println(Array.get(o , 5)); //world
    }
}

上面简单介绍了几个常用的方法,旨在说明反射对方法，构造方法，字段，数组中的调用方式，除了上面的这些，还可以获取父类，接口，包，全部的方法声明，全部的field声明等与类相关的全部信息。想要了解更多内容，请自行查阅API。

通过反射生成动态代理

先看代码，稍后再解释动态代理的实现过程，这个地方可能有点难理解，多看几遍就可以了。

/*定义接口*/
public interface Subject {
    public void sayHello(String name);
}

/*定义接口的实现类，也就是真实的代理调用对象*/
public class RealSubject implements Subject{
    public void sayHello(String name ) {
        System.out.println("hello : " + name );
    }
}

/*定义动态代理类*/
public class DynamicProxy implements InvocationHandler{

    private Object obj = null ; //此处定义了Object类型，表示可以代理任何对象
    public DynamicProxy(Object obj){
        this.obj = obj ;
    }

    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        before();
        //调用obj对象的method方法，并传入参数args，本例中相当于调用obj对象的sayHello()方法，并传入Tom 参数
        method.invoke(obj , args) ;
        after();
        return null ; //Subject接口中方法没有返回值，返回Null 
    }

    //此方法表示代理的额外操作。
    private void before(){
        System.out.println("before proxy");
    }
    //此方法表示代理的额外操作
    private void after(){
        System.out.println("after proxy");
    }
}

客户端调用：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {

        //需要代理的真实对象
        RealSubject realSubject = new RealSubject() ;
        //创建代理类，并将真实的代理对象，传入构造方法中
        InvocationHandler handler = new DynamicProxy(realSubject);

        //运行时动态生成的代理实例，实现了RelSubject类所实现的接口,所以可以强制转换为Subject类型，第一个参数是类加载器，第二个参数是代理类实现的接口，第三个参数是处理实际工作的handler实例
        Subject subject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(realSubject.getClass().getClassLoader(), realSubject.getClass().getInterfaces(), handler);
        //调用接口中声明的方法 ，流程跳转到handler的invoke()方法中执行。
        subject.sayHello("Tom");
    }
}

总结：

Java的动态代理类位于java.lang.reflect包下，涉及到两个类：
interface InvocationHandler: 该接口中只定义了一个方法-invoke()，使用动态代理类时，必须实现这个接口。
Porxy:该类即为动态代理类，常用newProxyInstance()来生成代理实例，它不会做什么实质性的工作，实质性的工作是由与之关联的InvocationHandle来处理的。也就是说生成的代理对象都有一个与之关联的InvocationHandler对象。

动态代理的使用步骤：

创建被代理类的接口和实现类，因为动态代理是基于接口的。这也是动态代理的一个小小缺憾。
创建实现InvocationHandler接口的类，并实现invoke()方法
通过Proxy的静态方法newProxyInstance(ClassLoader loader ,Class[] interfaces ,InvocationHandler handler) 创建一个代理实例。
通过上面创建的代理实例，调用方法

至此，End!

少年听雨歌楼上，红烛昏罗帐。  
壮年听雨客舟中，江阔云低，断雁叫西风。
感谢支持！
                                        ---起个名忒难

深入剖析JAVA的反射机制

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