Java反射机制详解(1) -反射定义

首先，我们在开始前提出一个问题：

1.在运行时，对于一个java类，能否知道属性和方法；能否去调用它的任意方法？ 答案是肯定的。

本节所有目录如下：

1. 什么是JAVA的反射机制
2. JDK中提供的Reflection API
3. JAVA反射机制提供了什么功能
   • 获取类的Class对象
   • 获取类的Fields
   • 获取类的Method
   • 获取类的Constructor
   • 新建类的实例
            Class<T>的函数newInstance
            通过Constructor对象的方法newInstance
4. 调用类的函数
            调用private函数
5. 设置/获取类的属性值
            private属性
6. 动态创建代理类
            动态代理源码分析
7. JAVA反射Class<T>类型源代码分析
8. JAVA反射原理分析
           Class文件结构
           JVM加载类对象，对反射的支持
9. JAVA反射的应用

 

一、什么是JAVA的反射机制

Java 反射是Java被视为动态（或准动态）语言的一个关键性质。这个机制允许程序在运行时透过Reflection APIs取得任何一个已知名称的class的内部信息，包括其modifiers（诸如public, static 等）、superclass（例如Object）、实现之interfaces（例如Cloneable），也包括fields和methods的所有信 息，并可于运行时改变fields内容或唤起methods。

Java反射机制容许程序在运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。

换言之，Java可以加载一个运行时才得知名称的class，获得其完整结构。

 

二、JDK中提供的Reflection API

Java反射相关的API在包java.lang.reflect中，JDK 1.6.0的reflect包如下图：

 

Member接口	该接口可以获取有关类成员（域或者方法）后者构造函数的信息。
AccessibleObject类	该类是域(field)对象、方法(method)对象、构造函数(constructor)对象的基础类。它提供了将反射的对象标记为在使用时取消默认 Java 语言访问控制检查的能力。
Array类	该类提供动态地生成和访问JAVA数组的方法。
Constructor类	提供一个类的构造函数的信息以及访问类的构造函数的接口。
Field类	提供一个类的域的信息以及访问类的域的接口。
Method类	提供一个类的方法的信息以及访问类的方法的接口。
Modifier类	提供了 static 方法和常量，对类和成员访问修饰符进行解码。
Proxy类	提供动态地生成代理类和类实例的静态方法。

 

 

三、JAVA反射机制提供了什么功能

 

Java反射机制提供如下功能：

 

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

 

在运行时判段任意一个类所具有的成员变量和方法

 

在运行时调用任一个对象的方法

 

在运行时创建新类对象

 

在使用Java的反射功能时，基本首先都要获取类的Class对象，再通过Class对象获取其他的对象。

 

这里首先定义用于测试的类:

 

class Type {
    public int pubIntField;
    public String pubStringField;
    private int prvIntField;

    public Type() {
        Log("Default Constructor");
    }

    Type(int arg1, String arg2) {
        pubIntField = arg1;
        pubStringField = arg2;

        Log("Constructor with parameters");
    }

    public void setIntField(int val) {
        this.prvIntField = val;
    }

    public int getIntField() {
        return prvIntField;
    }

    private void Log(String msg) {
        System.out.println("Type:" + msg);
    }
}

class ExtendType extends Type {
    public int pubIntExtendField;
    public String pubStringExtendField;
    private int prvIntExtendField;

    public ExtendType() {
        Log("Default Constructor");
    }

    ExtendType(int arg1, String arg2) {
        pubIntExtendField = arg1;
        pubStringExtendField = arg2;

        Log("Constructor with parameters");
    }

    public void setIntExtendField(int field7) {
        this.prvIntExtendField = field7;
    }

    public int getIntExtendField() {
        return prvIntExtendField;
    }

    private void Log(String msg) {
        System.out.println("ExtendType:" + msg);
    }
}

 

 

 

 

1、获取类的Class对象

Class 类的实例表示正在运行的 Java 应用程序中的类和接口。获取类的Class对象有多种方式：

调用getClass	Boolean var1 = true; Class<?> classType2 = var1.getClass(); System.out.println(classType2); 输出：class java.lang.Boolean
运用.class 语法	Class<?> classType4 = Boolean.class; System.out.println(classType4); 输出：class java.lang.Boolean
运用static method Class.forName()	Class<?> classType5 = Class.forName("java.lang.Boolean"); System.out.println(classType5); 输出：class java.lang.Boolean
运用primitive wrapper classes的TYPE 语法 这里返回的是原生类型，和Boolean.class返回的不同	Class<?> classType3 = Boolean.TYPE; System.out.println(classType3);         输出：boolean

 

2、获取类的Fields

可以通过反射机制得到某个类的某个属性，然后改变对应于这个类的某个实例的该属性值。JAVA 的Class<T>类提供了几个方法获取类的属性。

public FieldgetField(String name)	返回一个 Field 对象，它反映此 Class 对象所表示的类或接口的指定公共成员字段
public Field[] getFields()	返回一个包含某些 Field 对象的数组，这些对象反映此 Class 对象所表示的类或接口的所有可访问公共字段
public FieldgetDeclaredField(Stringname)	返回一个 Field 对象，该对象反映此 Class 对象所表示的类或接口的指定已声明字段
public Field[] getDeclaredFields()	返回 Field 对象的一个数组，这些对象反映此 Class 对象所表示的类或接口所声明的所有字段

 

import java.lang.reflect.Field;

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

        Class<?> classType = ExtendType.class;        
        // 使用getFields获取属性
        Field[] fields = classType.getFields();
        for (Field f : fields)
        {
            System.out.println(f);
        }         
        System.out.println();                     
        // 使用getDeclaredFields获取属性
        fields = classType.getDeclaredFields();
        for (Field f : fields)
        {
            System.out.println(f);
        }
    }

}

 

public int ExtendType.pubIntExtendField
public java.lang.String ExtendType.pubStringExtendField
public int Type.pubIntField
public java.lang.String Type.pubStringField

public int ExtendType.pubIntExtendField
public java.lang.String ExtendType.pubStringExtendField
private int ExtendType.prvIntExtendField

 

可见getFields和getDeclaredFields区别：

getFields返回的是申明为public的属性，包括父类中定义，

getDeclaredFields返回的是指定类定义的所有定义的属性，不包括父类的。

 

3、获取类的Method

通过反射机制得到某个类的某个方法，然后调用对应于这个类的某个实例的该方法

Class<T>类提供了几个方法获取类的方法。

public MethodgetMethod(String name,Class<?>... parameterTypes)	返回一个 Method 对象，它反映此 Class 对象所表示的类或接口的指定公共成员方法
public Method[] getMethods()	返回一个包含某些 Method 对象的数组，这些对象反映此 Class 对象所表示的类或接口（包括那些由该类或接口声明的以及从超类和超接口继承的那些的类或接口）的公共 member 方法
public MethodgetDeclaredMethod(Stringname,Class<?>... parameterTypes)	返回一个 Method 对象，该对象反映此 Class 对象所表示的类或接口的指定已声明方法
public Method[] getDeclaredMethods()	返回 Method 对象的一个数组，这些对象反映此 Class 对象表示的类或接口声明的所有方法，包括公共、保护、默认（包）访问和私有方法，但不包括继承的方法

 

import java.lang.reflect.Method;

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

        // 使用getMethods获取函数 
        Class<?> classType = ExtendType.class;
        Method[] methods = classType.getMethods();
        for (Method m : methods)
        {
            System.out.println(m);
        }
         
        System.out.println();
         
        // 使用getDeclaredMethods获取函数 
        methods = classType.getDeclaredMethods();
        for (Method m : methods)
        {
            System.out.println(m);
        }
    }

}

结果

public void ExtendType.setIntExtendField(int)
public int ExtendType.getIntExtendField()
public void Type.setIntField(int)
public int Type.getIntField()
public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
public java.lang.String java.lang.Object.toString()
public native int java.lang.Object.hashCode()
public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
public final native void java.lang.Object.notify()
public final native void java.lang.Object.notifyAll()

private void ExtendType.Log(java.lang.String)
public void ExtendType.setIntExtendField(int)
public int ExtendType.getIntExtendField()

1.都不包括构造函数

2.

可见getMethods和getDeclaredMethods区别：

getMethods返回的是申明为public的属性，包括父类中定义，Oject继承的方法也有

getDeclaredMethods返回的是指定类定义的所有定义的属性，不包括父类的。

 

4、获取类的Constructor

通过反射机制得到某个类的构造器，然后调用该构造器创建该类的一个实例 

Class<T>类提供了几个方法获取类的构造器。

public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)	返回一个 Constructor 对象，它反映此 Class 对象所表示的类的指定公共构造方法
public Constructor<?>[] getConstructors()	返回一个包含某些 Constructor 对象的数组，这些对象反映此 Class 对象所表示的类的所有公共构造方法
public Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes)	返回一个 Constructor 对象，该对象反映此 Class 对象所表示的类或接口的指定构造方法
public Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()	返回 Constructor 对象的一个数组，这些对象反映此 Class 对象表示的类声明的所有构造方法。它们是公共、保护、默认（包）访问和私有构造方法

 

import java.lang.reflect.Constructor;

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

        // 使用getConstructors获取构造器  
        Class<?> classType = ExtendType.class;
        Constructor<?>[] constructors = classType.getConstructors();
        for (Constructor<?> m : constructors)
        {
            System.out.println(m);
        }
                     
        System.out.println();
                     
        // 使用getDeclaredConstructors获取构造器   
        constructors = classType.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor<?> m : constructors)
        {
            System.out.println(m);
        }
           
    }

}

结果

public ExtendType()

public ExtendType()
ExtendType(int,java.lang.String)

只有自己的构造函数哦

 

5、新建类的实例

通过反射机制创建新类的实例，有几种方法可以创建

调用无自变量ctor	1、调用类的Class对象的newInstance方法，该方法会调用对象的默认构造器，如果没有默认构造器，会调用失败. Class<?> classType = ExtendType.class; Object inst = classType.newInstance(); System.out.println(inst); 输出： Type:Default Constructor ExtendType:Default Constructor ExtendType@133c5982   2、调用默认Constructor对象的newInstance方法 Class<?> classType = ExtendType.class; Constructor<?> constructor1 = classType.getConstructor(); Object inst = constructor1.newInstance(); System.out.println(inst); 输出： Type:Default Constructor ExtendType:Default Constructor ExtendType@133c5982
调用带参数ctor	3、调用带参数Constructor对象的newInstance方法 Constructor<?> constructor2 = classType.getDeclaredConstructor(int.class, String.class); Object inst = constructor2.newInstance(1, "123"); System.out.println(inst); 输出： Type:Default Constructor ExtendType:Constructor with parameters ExtendType@5f186fab //ExtendType inst = (ExtendType) constructor2.newInstance(1, "123"); //直接就一实例
使用Class.forName	Class<?> classType=Class.forName("ExtendType");//更能体现动态代理的意思

 

 

6、调用类的函数

通过反射获取类Method对象，调用Field的Invoke方法调用函数。

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Method;


public class test {
    public static void main(String[] args) throws Exception, IllegalAccessException {

        Class<?> classType = ExtendType.class;
        Object inst = classType.newInstance();
        Method logMethod = classType.getDeclaredMethod("Log", String.class);
        logMethod.invoke(inst, "test");
    }

}

结果

 

上面失败是由于没有权限调用private函数，这里需要设置Accessible为true;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Method;


public class test {
    public static void main(String[] args) throws Exception, IllegalAccessException {

        Class<?> classType = ExtendType.class;
        Object inst = classType.newInstance();
        Method logMethod = classType.getDeclaredMethod("Log", String.class);
        logMethod.setAccessible(true);
        logMethod.invoke(inst, "test");
    }

}

 

 

7、设置/获取类的属性值

通过反射获取类的Field对象，调用Field方法设置或获取值

 

import java.lang.reflect.Field;


public class test {
    public static void main(String[] args) throws Exception, IllegalAccessException {

        Class<?> classType = ExtendType.class;  
        Object inst = classType.newInstance();  
        Field intField = classType.getField("pubIntExtendField");  
        intField.setInt(inst, 100);  
        int value = intField.getInt(inst);  
        System.out.println(value);
    }

}

 

 

四、动态创建代理类

 

代理模式

代理模式的作用是：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。在某些情况下，一个客户不想或者不能直接引用另一个对象，而代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。Spring 中常常使用Proxy，是为了在真实目标类上，加入一些其它操作，而这些操作的细节都交给代理处理，你只需要集中目标类功能的实现。

 

主要用来做方法的增强，让你可以在不修改源码的情况下，增强一些方法，在方法执行前后做任何你想做的事情（甚至根本不去执行这个方法），因为在InvocationHandler的invoke方法中，你可以直接获取正在调用方法对应的Method对象，具体应用的话，比如可以添加调用日志，做事务控制等。

还有一个有趣的作用是可以用作远程调用，比如现在有Java接口，这个接口的实现部署在其它服务器上，在编写客户端代码的时候，没办法直接调用接口方法，因为接口是不能直接生成对象的，这个时候就可以考虑代理模式（动态代理）了，通过Proxy.newProxyInstance代理一个该接口对应的InvocationHandler对象，然后在InvocationHandler的invoke方法内封装通讯细节就可以了。具体的应用，最经典的当然是Java标准库的RMI，其它比如hessian，各种webservice框架中的远程调用，大致都是这么实现的。

 

  动态代理的主要作用就是：实现了日志和业务的分开，也就是某个类只是要提供了某些业务，比如银行取款业务。 
这个类实现了取款业务的同时也需要实现日志功能，如果不用动态代理的话，那么由此一来该类代码里面已经额外地添加了自己不该添加的日志功能能代码。所以我 们就得使用动态代理把它的业务代码和日志功能代码分开。所以用到了动态代理概念，spring里面的AOP就是一个很好的例子。

 

代理模式：代理模式的作用=为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

代理模式的角色：

抽象角色：声明真实对象和代理对象的共同接口

代理角色：代理角色内部包含有真实对象的引用，从而可以操作真实对象。

真实角色：代理角色所代表的真实对象，是我们最终要引用的对象。

动态代理：

java.lang.reflect.Proxy	Proxy 提供用于创建动态代理类和实例的静态方法，它还是由这些方法创建的所有动态代理类的超类
InvocationHandler	是代理实例的调用处理程序 实现的接口，每个代理实例都具有一个关联的调用处理程序。对代理实例调用方法时，将对方法调用进行编码并将其指派到它的调用处理程序的 invoke 方法。

 

动态Proxy是这样的一种类:

它是在运行生成的类，在生成时你必须提供一组Interface给它，然后该class就宣称它实现了这些interface。你可以把该class的实例当作这些interface中的任何一个来用。当然，这个Dynamic Proxy其实就是一个Proxy，它不会替你作实质性的工作，在生成它的实例时你必须提供一个handler，由它接管实际的工作。

在使用动态代理类时，我们必须实现InvocationHandler接口

 

 

步骤：

1、定义抽象角色

package proxy;
public interface Subject {
public void Request(int a);
}

 

 2、定义真实角色

package proxy;
public class RealSubject implements Subject {
@Override
public void Request(int a) {
System.out.println("RealSubject："+a);
}
}

 

3、定义代理角色

package proxy;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;

public class DynamicSubject implements InvocationHandler {

    //代理角色：代理角色内部包含有真实对象的引用，从而可以操作真实对象。　
    private Object sub;
    public DynamicSubject(Object obj) {
        this.sub = obj;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)throws Throwable {
        System.out.println("Method:" + method + ",Args:" + args);
        method.invoke(sub, args);
        return null;

    }

}

 

4、通过Proxy.newProxyInstance构建代理对象

5、通过调用代理对象的方法去调用真实角色的方法

package proxy;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Proxy;

public class test {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
    
         RealSubject realSub = new RealSubject();
         InvocationHandler handler = new DynamicSubject(realSub);////代理角色：代理角色内部包含有真实对象的引用，从而可以操作真实对象。
          Class<?> classType = handler.getClass();
         Subject sub = (Subject)Proxy.newProxyInstance(classType.getClassLoader(),
         realSub.getClass().getInterfaces(),
         handler);
         System.out.println(sub.getClass());   
         //5、通过调用代理对象的方法去调用真实角色的方法
                  sub.Request(111);
        

    }

}

 

输出

class com.sun.proxy.$Proxy0   新建的代理对象，它实现指定的接口
Method:public abstract void proxy.Subject.Request(),Args:null
RealSubject  调用的真实对象的方法

 

 

---

 

上面没有怎么描述Class.forName这个方法，下面补充一点

 

使用 Class.forName反射

 

1.使用Class.forName

        Class<?> classType=Class.forName("ExtendType");
        Object inst = classType.newInstance();  
        Field intField = classType.getField("pubIntExtendField");  
        intField.setInt(inst, 100);  
        int value = intField.getInt(inst);  
        System.out.println(value);