Java入门4---反射机制

posted @ 2020-06-29 15:40 nxf_rabbit75 阅读(210) 评论(0) 编辑收藏举报

分类: JAVA

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一、反射机制

1.概述

Reflection（反射）允许程序在执行期借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。
加载完类之后，在堆内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Class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，我们形象的称之为：反射。

2.反射能用来做什么？

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
在运行时获取泛型信息
在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
在运行时处理注解
生成动态代理

三、理解Class类并获取Class的实例

1.关于java.lang.class的理解

对于每个类而言，JRE 都为其保留一个不变的 Class 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
一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件
每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成
通过Class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.获取Class实例的四种方法

（1）前提：若已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠，程序性能最高

实例：Class clazz = String.class;

（2）前提：已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象

实例：Class clazz = “www.atguigu.com”.getClass();

（3）前提：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ClassNotFoundException

实例：Class clazz = Class.forName(“java.lang.String”);

（4）其他方式(不做要求)

ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();

Class clazz4 = cl.loadClass(“类的全类名”);

【类加载器，所有类共用吗？？？】

3.哪些类型可以有Class对象

（1）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

（2）interface：接口

（3）[]：数组

（4）enum：枚举

（5）annotation：注解@interface

（6）primitive type：基本数据类型

（7）void

三、类的加载与ClassLoader

类的生命周期包括7个部分：加载-验证-准备-解析-初始化-使用-卸载

1.类的加载过程

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（即引用地址）。所有需要访问和使用类数据只能通过这个Class对象。这个加载的过程需要类加载器参与。
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。
1. 验证：确保加载的类信息符合JVM规范，例如：以cafe开头，没有安全方面的问题
2. 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。
3. 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：
1. 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）。
2. 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。
3. 虚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。

2.类加载器ClassLoder

（1）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。JVM在判定两个class是否相同时，不仅要判断两个类名是否相同，而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下，JVM才认为这两个class是相同的

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JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。

（2）类加载器类型

默认情况下，Java应用启动过程涉及三个ClassLoader：Boostrap, Extension, System

ClassLoader的loadClass方法加载不存在的类会抛ClassNotFoundException

自定义类加载器实现继承ClassLoader后重写了findClass方法加载指定路径上的class，Boostrap加载器加载核心库类，Extension加载器加载jre/lib/ext下的类，System加载器加载CLASSPATH环境指定路径的类

//1.获取一个系统类加载器
ClassLoader classloader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(classloader);
 
//2.获取系统类加载器的父类加载器，即扩展类加载器
classloader = classloader.getParent();
System.out.println(classloader);
 
//3.获取扩展类加载器的父类加载器，即引导类加载器
classloader = classloader.getParent();
System.out.println(classloader);
 
//4.测试当前类由哪个类加载器进行加载 • classloader = Class.forName("exer2.ClassloaderDemo").getClassLoader();
System.out.println(classloader); 
 
//5.测试JDK提供的Object类由哪个类加载器加载
classloader =Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
System.out.println(classloader);
 
//*6.关于类加载器的一个主要方法：getResourceAsStream(String str):获取类路径下的指定文件的输入流 
InputStream in = null;
in = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("exer2\\test.properties"); 
System.out.println(in);　

3.类的初始化

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final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
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）

举例：

4.类的卸载机制

（1）当一个类被加载、连接和初始化后，它的生命周期就开始了。当代表某个类的Class对象不再被引用，即不可达时，Class对象就会结束生命周期，该类在方法区内的数据也会被卸载，从而结束该类的生命周期。由此可见，一个类何时结束生命周期，取决于代表它的Class对象何时结束生命周期。

（2）由用户自定义的类加载器加载的类是可以被卸载的。

（3）因为Java虚拟机本身会始终引用这些类加载器，而这些类加载器则会始终引用它们所加载的类的Class对象，因此这些Class对象始终是可触及的。前面已经说过当某个类代表的Class对象被回收的时候，这个类才会被卸载。因为该类的Class对象一直被三种类加载器引用，所以这个类在JVM运行过程中永远不会被卸载。

四、创建运行时类的对象

有了Class对象，能做什么？

创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法

要求：1.类必须有一个无参数的构造器。2.类的构造器的访问权限需要足够。

难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗？

不是！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Constructor实例化对象。

举例：

五、获取运行时类的完整结构

使用反射可以取得：

1.实现的全部接口

public Class<?>[] getInterfaces() 确定此对象所表示的类或接口实现的接口。

2.所继承的父类

public Class<? Super T> getSuperclass() 返回表示此 Class 所表示的实体（类、接口、基本类型）的父类的Class。

3.全部的构造器

public Constructor<T>[] getConstructors() 返回此 Class 对象所表示的类的所有public构造方法。
public Constructor<T>[] getDeclaredConstructors() 返回此 Class 对象表示的类声明的所有构造方法。

Constructor类中：

取得修饰符: public int getModifiers();
取得方法名称: public String getName();
取得参数的类型：public Class<?>[] getParameterTypes();

4.全部的方法

public Method[] getDeclaredMethods() 返回此Class对象所表示的类或接口的全部方法
public Method[] getMethods() 返回此Class对象所表示的类或接口的public的方法

Method类中：

public Class<?> getReturnType()取得全部的返回值
public Class<?>[] getParameterTypes()取得全部的参数
public int getModifiers()取得修饰符
public Class<?>[] getExceptionTypes()取得异常信息

5.全部的Field

public Field[] getFields() 返回此Class对象所表示的类或接口的public的Field。
public Field[] getDeclaredFields() 返回此Class对象所表示的类或接口的全部Field。

Field方法中：

public int getModifiers() 以整数形式返回此Field的修饰符
public Class<?> getType() 得到Field的属性类型
public String getName() 返回Field的名称。

6. Annotation相关

get Annotation(Class<T> annotationClass)
getDeclaredAnnotations()

7.泛型相关

获取父类泛型类型：Type getGenericSuperclass()
泛型类型：ParameterizedType
获取实际的泛型类型参数数组：getActualTypeArguments()

8.类所在的包

Package getPackage()

六、调用运行行类的指定结构

1.调用指定方法

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。步骤：

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。

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。

2.调用指定属性

在反射机制中，可以直接通过Field类操作类中的属性，通过Field类提供的set()和get()方法就可以完成设置和取得属性内容的操作。

public Field getField(String name) 返回此Class对象表示的类或接口的指定的 public的Field（包括父类中的字段）。
public Field getDeclaredField(String name)返回此Class对象表示的类或接口的指定的Field（包括public、private和proteced，但是不包括父类的申明字段）。

在Field中：

public Object get(Object obj) 取得指定对象obj上此Field的属性内容
public void set(Object obj,Object value) 设置指定对象obj上此Field的属性内容

3.关于setAccessible方法的使用

Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法。
setAccessible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语言访问检查。
1. 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。
2. 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。

七、反射的应用：动态代理

1.动态代理

动态代理是指客户通过代理类来调用其它对象的方法，并且是在程序运行时根据需要动态创建目标类的代理对象。

动态代理使用场合：调试、远程方法调用

动态代理相比于静态代理的优点：抽象角色中（接口）声明的所有方法都被转移到调用处理器一个集中的方法中处理，这样，我们可以更加灵活和统一的处理众多的方法。

2.动态代理相关API

Proxy ：专门完成代理的操作类，是所有动态代理类的父类。通过此类为一个或多个接口动态地生成实现类

提供用于创建动态代理类和动态代理对象的静态方法

3.动态代理步骤

（1）创建一个实现接口InvocationHandler的类，它必须实现invoke方法，以完成代理的具体操作

（2）创建被代理的类以及接口

（3）通过Proxy的静态方法 newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler h) 创建一个Subject接口代理

RealSubject target = new RealSubject();
 // Create a proxy to wrap the original implementation 
DebugProxy proxy = new DebugProxy(target); 
// Get a reference to the proxy through the Subject interface 
Subject sub = (Subject) Proxy.newProxyInstance( Subject.class.getClassLoader(),new Class[] { Subject.class }, proxy);

（4）通过 Subject代理调用RealSubject实现类的方法

1 2	`String info = sub.say(“Peter",` `24);` `System.out.println(info);`

4.举例

动态代理扩展类是在什么阶段执行的？ (D)

A. 初始化

B. 准备

C. 解析

D. 加载

参考文献：

【1】JVM的类加载器

【2】getResourceAsStream路径问题

【3】几种读取文件方法的路径填写