【Java】反射机制
1.Java反射机制概念
1、动态语言&静态语言
动态语言：是一类在运行时可以改变其结构的语言。如新的函数、对象、甚至代码可以被引进，已有的函数可以被删除或是其他结构上的变化。通俗点说就是在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构。主要动态语言：Object-C、C#、 JavaScript、PHP、 Python等。
静态语言：与动态语言相对应的，运行时结构不可变的语言就是静态语言。如Java、C、C++。
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。
2、反射机制概念
Reflection（反射）是Java被视为动态语言的关键。
反射机制允许程序在执行期，借助于 Reflection API取得仼何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。
- Class c= Class.forName(“java. lang String”);
加载完类之后，在堆內存的方法区中就产生了一个 Class类型的对象（一个类只有一个Cass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。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以形象的称之为：反射。
2.反射机制研究与应用
1、Java反射机制提供的功能：
1.在运行时判断任意一个对象所属的类；
2.在运行时构造任意一个类的对象；
3.在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法；
4.在运行时获取泛型信息；
5.在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法；
6.在运行时处理注解；
7.生成动态代理；
2、反射机制优缺点：
优点：可以实现动态创建对象和编译，体现出很大的灵活性。
缺点：对性能有影响。使用反射基本上是一种解释操作，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且它满足我们的要求。这类操作总是慢于直接执行相同的操作。
3、反射相关的主要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
package github.Annotation.Demo01;
public class Test02 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Class name = Class.forName("github.Annotation.Demo01.User"); // 通过反射获取class对象
System.out.println(name); // class github.Annotation.Demo01.User
Class c1 = Class.forName("github.Annotation.Demo01.User");
Class c2 = Class.forName("github.Annotation.Demo01.User");
// 类被加载后，类的整个结构都会被封装在Class对象中。public native int hashCode()返回该对象的hash码值。
//哈希值是根据哈希算法算出来的一个值，这个值跟地址值有关，但不是实际地址值。
System.out.println(c1.hashCode()); //1836019240
System.out.println(c2.hashCode()); //1836019240，值相同，一个类在内存中只有一个Class对象
}
}
class User{ // 实体类:pojo entity
private int age;
private String name;
public User() {}
public User(int id, int age, String name) {
this.age = age;
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" + "age=" + age + ", name='" + name + '\'' + '}';
}
}
3.理解Class类并获取Class实例
1、class类介绍
在 Object类中定义了方法：public final Class getclass()：
- 方法将被所有子类继承。
- 方法返回值的类型是一个 Class类，此类是Java反射的源头。
反射从程序的运行结果来看也很好理解，即：可以通过对象反射求出类的名称。
对象照镜子后可以得到的信息：某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。
对于每个类而言，JRE都为其保留一个不变的Cass类型的对象。一个Class对象包含了特定某个结构（ class/interface/enum/annotation/ primitive type/void/[]）的有关信息。
- Class本身也是一个类；Class对象只能由系统建立对象；
- 一个加载的类在JVM中只会有一个Class实例，每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例所生成；
- 一个Cass对象对应的是一个加载到 JVM中的一个.class文件；
- 通过class对象可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构；
- class类是 Reflection的根源，针对任何你想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的Class对象。
2、class类的常用方法：
| 方法名 | 功能说明 |
|---|---|
| static ClassforName (String name) | 返回指定类名name的class对象 |
| Object newInstance () | 调用缺省构造函数，返回 Class对象的一个实例 |
| getName () | 返回此Class对象所表示的实体（类，接口，数组类或void）的名称。 |
| Class getSuperClass () | 返回当前class对象的父类的class对象 |
| Class[] getinterfaces () | 获取当前 Class对象的接口 |
| ClassLoader getclassLoader () | 返回该类的类加载器 |
| Constructor getConstructors () | 返回一个包含某些 Constructor对象的数组 |
| Method getMothed (String name, Class.. T) | 返回一个 Method对象，此对象的形参类型为paramType |
| Field[] getDeclaredFields () | 返回Field对象的一个数组 |
3、获取Class类的实例
已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠，程序性能最高。Class clazz=Person.class;
已知某个类的实例，调用该实例的 getclass () 方法获取Class对象。Class clazz= person. getClass();
已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过class类的静态方法forName()获取，可能抛出 ClassNotFound Exception。Class clazz = Class forName("demo01.Student");
内置基本数据类型可以直接用类名.Type;
还可以利用 Classloader。
package github.Annotation.Demo01;
public class TestCreateClass {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Person person = new Student();
System.out.println("这个人是:" + person);
Class c3 = Student.class; // 1、通过类的class属性获得class对象
Class c1 = person.getClass(); // 2、通过对象（类的实例）
Class c2 = Class.forName("github.Annotation.Demo01.Student"); // 3、通过类的全类名
Class c4 = Integer.TYPE; // 4、基本类型的包装类都有一个Type。
Class c5 = c1.getSuperclass(); // 5、获得父类类型
}
}
class Person{
String name;
public Person() {}
public Person(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{" + "name='" + name + '\'' + '}';
}
}
class Student extends Person{
public Student() {
this.name = "学生";
}
}
class Teacher extends Person{
public Teacher(){
this.name = "老师";
}
}
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
- 元素类型不同，Class对象不同，例如int[ ]、String[ ]
- 元素类型相同，但是维度不同，Class对象不同，例如
int[]和int[][] - 元素类型相同，维度相同，但是具体内容不同，Class对象相同，例如：int[10]和int[100]
- enum：枚举
- annotation：注解@interface
- primitive type：基本数据类型
- void
package github.Annotation.Demo02;
public class TestAllTypeClass {
public static void main(String[] args) {
Class c1 = Object.class; // 类
Class c2 = Comparable.class; // 接口
Class c3 = String[].class; // 一维数组
Class c4 = int[][].class; // 二维数组
Class c5 = Override.class; // 注解
Class c6 = ElementType.class; // 美剧
Class c7 = Integer.class; // 基本数据类型
Class c8 = void.class; // void
Class c9 = Class.class; // class
int[] a = new int[10]; // 只要元素类型与维度一样,就是同一个Class
int[] b = new int[100];
System.out.println(a.getClass().hashCode()); // 1836019240
System.out.println(b.getClass().hashCode()); // 1836019240
}
}
4.类的加载与ClassLoader
1、类的加载
当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过如下三个步骤来对该类进行初始化。
加载：将 class文件字节码內容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的 java. lang . Class对象。
链接：将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。
- 验证：确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题。
- 准备：正式为类变量（ static）分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。
- 解析：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。
初始化：
- 执行类构造器< clinit>()方法的过程。类构造器< clinit>()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的构造器）。
- 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
- 虛拟机会保证一个类的< clinit >()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。
public class Test05 {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
// 1.加载到内存,会产生一个类对应Class对象；2.链接,连接结束后m=0；3.初始化
// <clinit>(){System.out.println("A类静态代码块初始化");m = 300;m = 100;}
System.out.println(A.m); // 100
}
}
class A{
static{
System.out.println("A类静态代码块初始化");
m=300;
}
static int m=100;
public A(){System.out.println("A类无参构造初始化");}
}
2、什么时候会发生类初始化
类的主动引用（一定会发生类的初始化）
- 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类；
- new一个类的对象；
- 调用类的静态成员（除了fina常量）和静态方法；
- 使用 java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用；
- 当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化它的父类。
类的被动引用（不会发生类的初始化）
- 当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化。如：当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化；
- 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化；
- 引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）。
public class TestActiveReference {
static{System.out.println("Main类被加载！");}
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
// 主动引用。main类被加载 》父类被加载 》子类被加载
Son son = new Son();
// 反射也会产生主动引用。main类被加载 》父类被加载 》子类被加载
Class.forName("github.Annotation.Demo02.Son");
// 不会产生类的引用的方法。main类被加载 》父类被加载。输出2
System.out.println(Son.b);
Son[] array = new Son[5];
System.out.println(Son.a); // main类被加载。输出1
}
}
class Father{
static final int b=2;
static { System.out.println("父类被加载");}
}
class Son extends Father{
static {
System.out.println("子类被加载");
m=100;
}
static int m=300;
static final int a=1;
}
3、类加载器的作用
类加载的作用：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。
类缓存：标准的 JavaSE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，它将维持加载（缓存）一段时间。不过丿M垃圾回收机制可以回收这些 Classi对象
类加载器作用：是用来把类（class）装载进内存的。JVM规范定义了如下类型的类的加载器。
双亲委派机制：如果自己定义和jdk同名的类，运行时虚拟机会在系统的类加载器中寻找，再去扩展类加载器中寻找，再去根加载器中寻找，如果存在同名的类，会使用根加载器中的类，而不使用自己定义的类
public class TestClassLoader1 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();// 1获取系统类的加载器
ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();// 2获取系统类加载器的父类加载器->扩展类加载器 jre1.8.0_91\lib\ext
ClassLoader parent1 = parent.getParent();// 3获取扩展类加载器父类加载器-->根加载器(c/c++) jre1.8.0_91\lib\rt.jar
// 测试当前类是哪个加载器加载的
ClassLoader classLoader = Class.forName("github.Annotation.Demo02.TestClassLoader1").getClassLoader();
// 测试JDK内置的类是谁加载的
classLoader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
// 如何获得系统类加载器可以加载的路径
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
}
}
5.获取运行类的完整结构
通过反射获取运行时类的完整结构：Field、Method、Constructor、Superclass、Interface、Annotation
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
public class TestClassInfo {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
Class c1 = Class.forName("github.Annotation.Demo03.User");
// 获得类的信息
System.out.println(c1.getName());// 获得包名 + 类名
System.out.println(c1.getSimpleName());// 获得类名
// 获得类的属性
Field[] fields = c1.getFields();// 只能找到类和父类的public属性
fields = c1.getDeclaredFields();// 找到类的全部属性
// 获得指定属性的值
Field name = c1.getDeclaredField("name");
// 获得类的方法
Method[] methods = c1.getMethods(); // 获得本类及父类的全部public方法
methods = c1.getDeclaredMethods(); // 获得本类的所有方法
// 获得指定的方法。需要传参数的原因：存在重载，参数可找到指定的方法
Method getName = c1.getMethod("getName", null);
Method setName = c1.getMethod("setName", String.class);
// 获得类的构造器
Constructor[] constructors = c1.getConstructors();
constructors = c1.getDeclaredConstructors();
// 获得指定的构造器
Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
}
}
- 在实际的操作中，取得类的信息的操作代码，并不会经常开发。
- 一定要熟悉 java.lang.reflect包的作用，反射机制。如何取得属性、方法、构造器的名称，修饰符等。
5.调用运行时类的指定结构
有Class对象,能做什么：创建类的对象——调用 Class对象的 newInstance()方法（类必须有一个无参数的构造器。类的构造器的访问权限需要足够）。
思考？难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗？只要在操作的时候明确的调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。步骤如下：
- 通过class类的 getDeclaredConstructor（ Class…， parameterTypes）取得本类的指定形参类型的构造器；
- 向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数。
- 通过 Constructo实例化对象
方法及使用：
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class TestDynamicCreateObject {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
Class c1 = Class.forName("github.Annotation.Demo03.User");
User user = (User) c1.newInstance(); // 构造一个对象。本质上调用了类的无参构造器
Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class); // 通过构造器创建对象
User user1 = (User)constructor.newInstance("光荣时代",001,17);
// 通过反射调用普通方法
User user2 = (User)c1.newInstance();
Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class); // 通过反射获取一个方法
setName.invoke(user2, "some"); // invoke:激活。(对象,"方法值")
System.out.println(user2.getName()); // 输出：some
// 通过反射操作属性
User user3 = (User)c1.newInstance();
Field name = c1.getDeclaredField("name");
// 不能直接操作私有属性，需要关闭程序的安全检测，属性或方法的setAccessible(true)
name.setAccessible(true);
name.set(user3, "some2");
System.out.println(user3.getName());
}
}
通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。
- 通过Class类的 getMethod(String name, Class… parameterTypes)方法取得一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型。
- 之后使用 Object invoke(Object obj，Object[] args)进行调用，并向方法中传递要设置的obj对象的参数信息。
调用指定的方法：Object invoke(object obj, Object. args)
- Object对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null；
- 若原方法若为静态方法，此时形参 Object obj可为null；
- 若原方法形参列表为空，则 Object[] args为null；
- 若原方法声明为 private，则需要在调用此 invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，将可访问 private的方法。
setAccessible
- Method和 Field、Constructor对象都有 setAccessible()方法。
- setAccessible作用是启动和禁用访问安全检查的开关。
- 参数值为true则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检査。
- 提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被调用，那么请设置为true；
- 使得原本无法访问的私有成员也可以访问；
- 参数值为false则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查。
性能检测
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class TestPerformance {
public static void test01() { // 普通方式调用
User user = new User();
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
user.getName();
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("普通方式执行10亿次:" + (endTime - startTime) + "ms");
}
public static void test02() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException { // 反射方式调用
User user = new User();
Class c1 = user.getClass();
Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
getName.invoke(user,null);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("反射方式执行10亿次:" + (endTime - startTime) + "ms");
}
public static void test03() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException { // 反射方式调用,关闭检测
User user = new User();
Class c1 = user.getClass();
Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
getName.setAccessible(true);
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
getName.invoke(user,null);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("反射方式执行10亿次,关闭检测:" + (endTime - startTime) + "ms");
}
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException {
test01();
test02();
test03();
}
}
6.反射操作泛型
- Java采用泛型擦除的机制来引入泛型，Java中的泛型仅仅是给编译器jvac使用的，确保数据的安全性和免去强制类型转换问题，但是，一旦编译完成，所有和泛型有关的类型全部擦除。
- 为了通过反射操作这些类型，Java新增了 ParameterizedType, GenericArray Type, Type Variable和 WildcardType几种类型来代表不能被归一到clas类中的类型但是又和原始类型齐名的类型。
- ParameterizedType：表示一种参数化类型，比如 Collection< String>
- GenericArray Type：表示一种元素类型是参数化类型或者类型变量的数组类型；
- Type Variable：是各种类型变量的公共父接口；
- WildcardType：代表一种通配符类型表达式。
复制代码
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.List;
import java.util.Map;
public class Test01 {
public void test02(Map<String,User> map, List<User> list){
System.out.println("test02");
}
public Map<String,User> test03(){
System.out.println("Test03");
return null;
}
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
Method method = Test01.class.getMethod("test02", Map.class, List.class);
Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
for (Type genericParameterType : genericParameterTypes){
System.out.println("#" + genericParameterType);
if(genericParameterType instanceof ParameterizedType){
Type[] typeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
for (Type typeArgument : typeArguments){
System.out.println(typeArgument);
}
}
}
method = Test01.class.getMethod("test03", null);
Type returnType = method.getGenericReturnType();
if(returnType instanceof ParameterizedType){
Type[] typeArguments = ((ParameterizedType) returnType).getActualTypeArguments();
for (Type typeArgument : typeArguments){
System.out.println(typeArgument);
}
}
}
}
7.反射操作注解
- getAnnotations
- getAnnotation
import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.Field;
public class TestORM {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
Class c1 = Class.forName("github.Annotation.Demo03.Student2");
//通过反射获取注解
Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
for (Annotation annotation : annotations) {
System.out.println(annotation);
}
//获得注解value
TableDoris tableDoris = (TableDoris) c1.getAnnotation(TableDoris.class);
String value = tableDoris.value();
System.out.println(value);
//获得类指定的注解
Field name = c1.getDeclaredField("name");
FiledDoris annotation = name.getAnnotation(FiledDoris.class);
System.out.println(annotation.columnName());
System.out.println(annotation.type());
System.out.println(annotation.length());
}
}
@TableDoris("db_student")
class Student2 {
@FiledDoris(columnName = "db_age", type = "int", length = 3)
private int age;
@FiledDoris(columnName = "db_name", type = "varchar", length = 200)
private String name;
public Student2() {}
public Student2(int id, int age, String name) {
this.id = id;
this.age = age;
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "Student2{" + " age=" + age + ", name='" + name + '\'' + '}';
}
public int getAge() {return age;}
public void setAge(int age) {this.age = age;}
public String getName() {return name;}
public void setName(String name) {this.name = name;}
}
// 类名注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface TableDoris {String value();}
// 属性注解
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface FiledDoris {
String columnName();
String type();
int length();
}
