深入剖析JAVA的反射機(jī)制

定義

在Java 的運(yùn)行時環(huán)境中，對于任意的一個類，都能夠知道這個類的所有屬性和方法，對于任意一個對象都能夠調(diào)用任意的方法和屬性，這種動態(tài)的獲取類的信息以及動態(tài)的調(diào)用對象方法的功能，稱之為反射（注意是運(yùn)行狀態(tài)，非編譯）。

Java反射提供的主要功能：
  • 在運(yùn)行時判斷任意一個對象所屬的類
  • 在運(yùn)行時構(gòu)造任意一個類的對象
  • 在運(yùn)行時判斷任意一個類所具有的成員變量和方法
  • 在運(yùn)行時調(diào)用任意一個對象的方法
Java反射機(jī)制實(shí)現(xiàn)類：
  • Field類：代表類的成員變量
  • Method類：代表類的方法
  • Constructor類：代表類的構(gòu)造方法
  • Array類：提供動態(tài)的創(chuàng)建數(shù)組
    • 以上四個類都位于java.lang.reflect 包中
  • Class類：代表一個類 ， 位于java.lang 包中
反射的使用

在JAVA中，無論一個類生成多少個對象，這些對象都會對應(yīng)同一個Class對象 。要想使用反射，首先需要獲得待處理的類或者對象所對應(yīng)的Class對象。該Class對象是在類被加載之后，由系統(tǒng)自動生成的。獲取該Class對象有三種方式：

  1. 使用Class類的靜態(tài)方法forName： Class.forName("java.lang.String") ,參數(shù)必須添加完整的路徑，包括包名。
  2. 使用類的.class 語法： String.class
  3. 使用對象的getClass()方法： String s = "reflect" ;Class<?> clazz = s.getClass()

以上便是獲取Class對象的三種方式，要使用反射，必須先獲取Class對象，一旦獲取了Class對象之后，就可以調(diào)用Class對象的方法來獲得對象和該類的真實(shí)信息。

反射相關(guān)API ，使用反射生成并操作對象

Class對象可以獲得帶操作類里的方法(Method)，構(gòu)造器(constructor)，F(xiàn)ield 。要操作方法需要獲得Mehtod對象，要操作構(gòu)造器需要獲得Constructor對象，要操作屬性需要獲得Field對象。

下面將會結(jié)合具體的實(shí)例，來說明生成Class對象的三種方式是如何使用的：

反射初體驗(yàn),通過第一種方式，獲取Class對象，并打印java.lang.String的所有聲明方法:

Class<?> aClass = Class.forName("java.lang.String");  //獲取String類的Class對象
Method[] methdos = aClass.getDeclaredMethods(); //獲取所有的聲明方法
for(Method m : methdos)  //循環(huán)遍歷Method數(shù)組
   System.out.println(m);   //打印方法名稱，包含了private 方法

運(yùn)行結(jié)果：

部分運(yùn)行結(jié)果截圖

通過反射調(diào)用某個類的方法

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 {
        //通過new的方式調(diào)用
        //InvokeTest invokeTest = new InvokeTest();
        //System.out.println(invokeTest.add(1 , 2));
        //System.out.println(invokeTest.echo("Tom"));

        //通過反射調(diào)用方法
        //通過內(nèi)置語法，獲取Class對象
        Class<InvokeTest> invokeTestClass = InvokeTest.class;
        //創(chuàng)建Class對象表示的類的實(shí)例 ，調(diào)用Class對象的newInstance()方法
        InvokeTest invokeTest = invokeTestClass.newInstance();
        
        //獲取待操作類的Method對象。傳入方法名字，和方法的參數(shù)類型 
        Method add = invokeTestClass.getDeclaredMethod("add", new Class[]{int.class, int.class});
        //使用這種方式也是可以得，因?yàn)間etDeclaredMethod()第二個參數(shù)是一個可變參數(shù)
        //Method add = InvokeTestClass.getDeclaredMethod("add" , int.class , int.class) 
        Method echo = invokeTestClass.getDeclaredMethod("echo", new Class[]{String.class});
        
        //調(diào)用Method對象的invoke方法，表示含義為，調(diào)用invokeTest對象的add/echo方法，并傳出參數(shù)值
        Object addResult = add.invoke(invokeTest, new Object[]{1, 2});
        Object echoResult = echo.invoke(invokeTest, new Object[]{"Tome"});
        
        //打印輸出的結(jié)果
        System.out.println((Integer) addResult); 
        System.out.println((String) echoResult);  
        
        //運(yùn)行結(jié)果
        //3
        //Hello :Tome
    }
}

通過反射調(diào)用某個類的構(gòu)造方法 ，創(chuàng)建對象

public class ConstructorTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        User user = new User() ;
        //使用第三種獲取Class對象的方式。使用getClass()方法
        Class<?> userClass = user.getClass();
        //調(diào)用無參構(gòu)造方法，創(chuàng)建對象實(shí)例，反射無法得知返回的類型，需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換
        Constructor<?> constructor = userClass.getConstructor();
        User user1 = (User)constructor.newInstance();
        //上面兩行代碼可以替換為下面一行代碼
        //User u = (User)userClass.newInstance();
        user1.setAge(18);
        user1.setName("zhangsan");
        System.out.println(user1.getName() +"," + user1.getAge()); //zhangsan,18
        System.out.println("--------------------------");
        //調(diào)用有參構(gòu)造方法，下面兩行方法中的參數(shù)要一一對應(yīng)
        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;
    }
}

通過反射生成對象有兩種方式：

1.使用Class對象的newInstance()方法，這種方法要求對象的對應(yīng)類有無參構(gòu)造方法
2.先使用Class對象獲得Constructor()對象，在調(diào)用Constructor對象的newInstance()方法。這種方式可以調(diào)用無參的構(gòu)造方法，也可以調(diào)用有參的構(gòu)造方法。但是Constructor()和newInstance()中的參數(shù)要一一對應(yīng)。可參考上例。

通過反射操作類的屬性

public class FieldTest {
    public static void main(String[] args) throws  Exception {
        //獲取Class對象，并生成實(shí)例對象
        Class<?> personClass = Person.class;
        Object p = personClass.newInstance();
        //通過Class對象的getDeclaredField()方法，獲取類的field
        Field name = personClass.getDeclaredField("name");
        Field age = personClass.getDeclaredField("age");
        //name字段為private 修飾，使用setAccessible()方法，取消訪問權(quán)限檢查
        name.setAccessible(true);
        //調(diào)用set()方法，設(shè)置p對象的值
        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 ;
    }
}

通過setAccessible()方法，可以通過反射訪問類中的私有屬性和私有方法，通常不建議這樣使用，因?yàn)樗蚱屏朔庋b的特性。但是在一些特定情況中，還是需要使用這種方式的。

通過反射操作數(shù)組

public class ArrayTest {

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建一個類型為String, 長度為10 的數(shù)組 
        Object o = Array.newInstance(String.class, 10);
        
        //為數(shù)組賦值
        Array.set(o , 2 ,"hello");
        Array.set(o , 5 ,"world");
        
        //獲取數(shù)組的值，并打印
        System.out.println(Array.get(o , 2));  //hello
        System.out.println(Array.get(o , 5)); //world
    }
}

上面簡單介紹了幾個常用的方法,旨在說明反射對方法，構(gòu)造方法，字段，數(shù)組中的調(diào)用方式，除了上面的這些，還可以獲取父類，接口，包 ，全部的方法聲明，全部的field聲明等與類相關(guān)的全部信息。想要了解更多內(nèi)容，請自行查閱API。

通過反射生成動態(tài)代理

先看代碼，稍后再解釋動態(tài)代理的實(shí)現(xiàn)過程，這個地方可能有點(diǎn)難理解，多看幾遍就可以了。

/*定義接口*/
public interface Subject {
    public void sayHello(String name);
}

/*定義接口的實(shí)現(xiàn)類，也就是真實(shí)的代理調(diào)用對象*/
public class RealSubject implements Subject{
    public void sayHello(String name ) {
        System.out.println("hello : " + name );
    }
}

/*定義動態(tài)代理類*/
public class DynamicProxy implements InvocationHandler{

    private Object obj = null ; //此處定義了Object類型，表示可以代理任何對象
    public DynamicProxy(Object obj){
        this.obj = obj ;
    }

    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        before();
        //調(diào)用obj對象的method方法，并傳入?yún)?shù)args，本例中相當(dāng)于調(diào)用obj對象的sayHello()方法，并傳入Tom 參數(shù)
        method.invoke(obj , args) ;
        after();
        return null ; //Subject接口中方法沒有返回值，返回Null 
    }

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

客戶端調(diào)用：

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

        //需要代理的真實(shí)對象
        RealSubject realSubject = new RealSubject() ;
        //創(chuàng)建代理類，并將真實(shí)的代理對象，傳入構(gòu)造方法中
        InvocationHandler handler = new DynamicProxy(realSubject);

        //運(yùn)行時動態(tài)生成的代理實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了RelSubject類所實(shí)現(xiàn)的接口,所以可以強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為Subject類型，第一個參數(shù)是類加載器，第二個參數(shù)是代理類實(shí)現(xiàn)的接口，第三個參數(shù)是處理實(shí)際工作的handler實(shí)例
        Subject subject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(realSubject.getClass().getClassLoader(), realSubject.getClass().getInterfaces(), handler);
        //調(diào)用接口中聲明的方法 ，流程跳轉(zhuǎn)到handler的invoke()方法中執(zhí)行。
        subject.sayHello("Tom");
    }
}

總結(jié)：

Java的動態(tài)代理類位于java.lang.reflect包下，涉及到兩個類：
interface InvocationHandler: 該接口中只定義了一個方法-invoke()，使用動態(tài)代理類時，必須實(shí)現(xiàn)這個接口。
Porxy:該類即為動態(tài)代理類，常用newProxyInstance()來生成代理實(shí)例，它不會做什么實(shí)質(zhì)性的工作，實(shí)質(zhì)性的工作是由與之關(guān)聯(lián)的InvocationHandle來處理的。也就是說生成的代理對象都有一個與之關(guān)聯(lián)的InvocationHandler對象。

動態(tài)代理的使用步驟：

  • 創(chuàng)建被代理類的接口和實(shí)現(xiàn)類，因?yàn)閯討B(tài)代理是基于接口的。這也是動態(tài)代理的一個小小缺憾。
  • 創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)InvocationHandler接口的類，并實(shí)現(xiàn)invoke()方法
  • 通過Proxy的靜態(tài)方法newProxyInstance(ClassLoader loader ,Class[] interfaces ,InvocationHandler handler) 創(chuàng)建一個代理實(shí)例。
  • 通過上面創(chuàng)建的代理實(shí)例，調(diào)用方法

至此，End!

少年聽雨歌樓上，紅燭昏羅帳。  
壯年聽雨客舟中，江闊云低，斷雁叫西風(fēng)。
感謝支持！
                                        ---起個名忒難
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