反射机制

反射机制（Reflection）

java反射机制概述

静态 VS 动态语言

动态语言

是一类在运行时可以改变其结构的语言：例如新的函数、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。通俗的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。

Java Reflecation

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取得任何类的内部消息，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

正常方式：引入需要的“包类”名称--->通过new实例化--->取得实例化对象

反射方式：实例化对象--->getClass()方法--->得到完整的“包类”名称

Java反射机制提供的功能

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
............

Java反射的优点和缺点

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

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
............

理解Class类并获取Class实例

Class类

在Object类中定义了以下的方法，此方法将被所有子类继承

public final Class getClass()

以上方法的返回值类型是一个Class类，此类是Java反射的源头，实际上所谓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、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Class类型的对象。一个Class对象包含了特定某个结构的有关信息
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可以完整的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，唯有先获得的相应的Class对象

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[] getConstrucctors()	返回一个包含某些Constructor对象的数组
Method getMethod(String name,Class... T)	返回一个Method对象，此对象的形参类型为paramType
Filed[] getDeclaredFileds()	返回Field对象的一个数组

获取Class类的实例

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
```
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ClassNotFoundException异常
```
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 reflection;

//测试Class类的创建方式有哪些
public class Test02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Person person=new Student();
        System.out.println("这个人叫："+person.name);

        //方式一：通过对象获得
        Class c1=person.getClass();
        System.out.println(c1.hashCode());

        //方式二：forname获得
        Class c2=Class.forName("reflection.Student");
        System.out.println( c2.hashCode());

        //方式三：通过类名.class获得
        Class c3=Student.class;
        System.out.println(c3.hashCode());

        //方式四：基本内置类型的包装类都有一个Type属性
        Class c4= Integer.TYPE;
        System.out.println(c4);

        //获得父类类型
        Class c5=c1.getSuperclass();
        System.out.println(c5);

    }
}

class Person{
    String name;
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Person() {
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.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
enum：枚举
annotation：注解@interface
primitive type：基本数据类型
void

package reflection;
import com.sun.xml.internal.ws.api.model.wsdl.WSDLOutput;
import java.lang.annotation.ElementType;

//所有类型的class
public class Test03 {
    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;//枚举
        Class c7=Integer.class;//基本数据类型
        Class c8=void.class;//void
        Class c9=Class.class;//Class

        System.out.println(c1);
        System.out.println(c2);
        System.out.println(c3);
        System.out.println(c4);
        System.out.println(c5);
        System.out.println(c6);
        System.out.println(c7);
        System.out.println(c8);
        System.out.println(c9);

        //只要元素类型与维度一样，就是同一个Class
        int[] a=new int[10];
        int[] b=new int[100];
        System.out.println(a.getClass().hashCode());//460141958
        System.out.println(b.getClass().hashCode());//460141958

    }
}

类的加载与ClassLoader

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类进行初始化

类的加载与ClassLoader的理解

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
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()方法的过程。类构造器()方法是由编译器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
虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确加锁和同步

package reflection;

public class Test05 {
    public static void main(String[] args) {
        A a=new A();
        System.out.println(A.m);
        /**
         * 1.加载到内存，会产生一个类对应的Class对象
         * 2.链接：链接结束后 m=0
         * 3.初始化
         * <clinit>(){
         *      System.out.println("A类静态代码块初始化");
         *         m=283;
         *         m=190;
         * }
         *  m=190;
         */
    }
}

class A{
    static {
        System.out.println("A类静态代码块初始化");
        m=283;
    }
    static int m=190;
    public A(){
        System.out.println("A类的无参构造初始化");
    }


}

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，则会先初始化他的父类
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额初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）

package reflection;

//测试类什么时候会初始化
public class Test05 {
   static {
       System.out.println("Main类被加载");
   }

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //1.主动引用
        //Son son=new Son();

        //反射也会产生主动引用
        //Class.forName("reflection.Son");

        //不会产生类的引用的方法
        //System.out.println(Son.b);

        //Son[] array=new Son[5];

        System.out.println(Son.M);
    }
}

class  Father{
    static 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=32;
    }
    static int m=100;
    static final int M=1;
}

类加载器的作用

类加载器的作用：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Java SE类加载器可以按照要求查找类，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
类加载器的作用是用来把类装载进内存的，JVM规范定义了如下类型的类的加载器：
- 引导类加载器：用C++编写的，是JVM自带的类加载器，负责Java平台核心库，用来装载核心类库，该加载器无法直接获取
- 扩展类加载器：负责jre/lib/ext目录下的jar包或-D：java.ext.dirs指定目录下的jar包装入工作库
- 系统类加载器：负责java-classpath或-D:java.class.path所指定目录下的类与jar包装入工作，是最常用的加载器

package reflection;

public class Test07 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //获取系统类的加载器
        ClassLoader systemClassLoader=ClassLoader .getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);

        //获取系统类加载器的父类加载器--->扩展类加载器
        ClassLoader parent=systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);

        //获取扩展类加载器的父类加载器--->根加载器（C/C++）
        ClassLoader parent1=parent.getParent();
        System.out.println(parent1);

        //测试当前类是哪个加载器加载的
        ClassLoader classLoader=Class.forName("reflection.Test07").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        //测试JDK内置的类是谁加载的
        classLoader=Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        //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"));
        
        //D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\charsets.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\deploy.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\cldrdata.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\dnsns.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\jaccess.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\jfxrt.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\localedata.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\nashorn.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\sunec.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\ext\zipfs.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\javaws.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\jce.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\jfr.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\jfxswt.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\jsse.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\management-agent.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\plugin.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\resources.jar;
        // D:\JAVA\JDK1.8\jre\lib\rt.jar;
        // E:\CODE\注解\out\production\注解;
        // D:\IDEA\IntelliJ IDEA 2019.3.3\lib\idea_rt.jar
    }
}

创建运行时类的对象

获取运行时类的完整结构

通过反射获取运行时类的完整结构

Filed、Method、Constructor、Superclass、Interface、Annotation

实现的全部接口
所继承的父类
全部的构造器
全部的方法
全部的Filed
注解

。。。

package reflection;

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

//获得类的信息
public class Test08 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
        Class c1=Class.forName("reflection.User");

        //获得类的名字
        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
        System.out.println("======================================");
       Field[] fields=c1.getFields();//只能找到public属性

        fields=c1.getDeclaredFields();//找到全部的属性
        for (Field field:fields){
            System.out.println(field);
        }

        //获得指定属性的值
        Field name=c1.getDeclaredField("name");
        System.out.println(name);

        //获得类的方法
        System.out.println("=================================");
        Method[] methods=c1.getMethods();//获得本类及其父类的全部public方法
        for (Method method:methods){
            System.out.println("正常的"+method);
        }

        methods=c1.getDeclaredMethods();//获得本类的所有方法
        for (Method method:methods){
            System.out.println("getDeclaredMethods:"+method);
        }

        //获得指定方法
        Method getName=c1.getMethod("getName",null);
        Method setName=c1.getMethod("setName", String.class);
        System.out.println(getName);
        System.out.println(setName);


        //获得构造器
        System.out.println("===========================================");

        Constructor[] constructors=c1.getConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println(constructor);
        }
        constructors=c1.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println("=="+constructor);
        }

        //获得指定的构造器
        Constructor declaredConstructor=c1.getDeclaredConstructor(int.class);
        System.out.println("指定的构造器："+declaredConstructor);

    }
}

小结：

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
如何获取属性，方法，构造器的名称，修饰符等

动态创建对象执行方法

有了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？只要在操作时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

package reflection;

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

//动态的创建对象：通过反射
public class Test09 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        //获得class对象
        Class c1=Class.forName("reflection.User");

        //构造一个对象
        //User user=(User) c1.newInstance();//本质上是调用了类的无参构造器
        //System.out.println(user);

        //通过构造器创建对象
        //Constructor constructor=c1.getDeclaredConstructor(String.class,int.class,int.class);
        //User user1=(User) constructor.newInstance("zqq",21,1232345);
        //System.out.println(user1);

        //通过反射调用方法
        User user3=(User) c1.newInstance();
        //通过反射获取一个方法
        Method setName=c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);

        //invoke:激活
        //（对象，“方法的值”）
        setName.invoke(user3,"zqq");
        System.out.println(user3.getName());

        //通过反射操作属性
        System.out.println("==================================");
        User user4=(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(user4,"李易峰");
        System.out.println(user4.getName());

    }
}

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语言访问检查
- 提高反射效率，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

性能对比分析

package reflection;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

//分析性能问题
public class Test10 {
    //普通方式调用
    public static void test01(){
        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");
    }

    //反射方式调用
    public static void test02() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        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");
    }


    //反射方式调用  关闭检测
    public static void test03() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        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("反射方式关闭检测执行10亿次："+(endTime-startTime)+"ms");
    }

    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException {
        test01();
        test02();
        test03();
    }

}

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javac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,GenericArrayType,TypeVariable和WildcardType几种类型来代表不能被归一到Class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
GenericArrayType：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
TypeVariable：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

package reflection;

import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.List;
import java.util.Map;

//通过反射获取泛型
/*
步骤：
1.获取方法
2.通过这个方法能获取泛型的一些参数化类型，获取返回值的泛型
3.通过这些泛型判断它是否是参数化类型，如果是，就强转为参数化类型，
4.通过getActualTypeArguments()方法，获得数组，打印出来结果即可
 */
public class Test11 {
    public void test01(Map<String, User> map, List<User> list){
        System.out.println("test01");
    }

    public Map<String,User> test02(){
        System.out.println("test02");
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
        Method method=Test11.class.getMethod("test01", Map.class, List.class);

        Type[] genericParameterTypes=method.getGenericParameterTypes();
        for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
            System.out.println("*"+genericParameterType);
            if (genericParameterType instanceof ParameterizedType){
               Type[] actualTypeArguments =((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    System.out.println(actualTypeArgument);
                }
            }
        }

        method=Test11.class.getMethod("test02");
        Type  getGenericReturnType= method.getGenericReturnType();
        if (getGenericReturnType instanceof ParameterizedType){
            Type[] actualTypeArguments =((ParameterizedType) getGenericReturnType).getActualTypeArguments();
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }

    }
}

反射操作注解

getAnnotations
getAnnotation

练习：ORM

了解什么是ORM？
- Object relationship Mapping-->对象关系映射
- 类和表结构对应
- 属性和字段对应
- 对象和记录对应
要求：利用注解和反射完成类和表结构的映射关系

package reflection;
import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.Field;

//练习ORM，反射操作注解
public class Test12 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
        Class c1 = Class.forName("reflection.Student2");
        //通过反射获得注解
        Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println(annotation);
        }

        //获得注解的value的值
        TableQing tableQing=(TableQing) c1.getAnnotation(TableQing.class);
        String value=tableQing.value();
        System.out.println(value);

        //获得类指定的注解
        Field f = c1.getDeclaredField("id");
        FieldQing annotation=f.getAnnotation(FieldQing.class);
        System.out.println(annotation.columnName());
        System.out.println(annotation.type());
        System.out.println(annotation.length());

    }
}
@TableQing("db_student")
class Student2{
    @FieldQing(columnName = "db_name",type = "varchar",length = 10)
    private String name;
    @FieldQing(columnName = "db_id",type = "int",length = 10)
    private int id;
    @FieldQing(columnName = "db_age",type = "int",length = 10)
    private int age;

    public Student2(String name,int id,int age) {
        this.name = name;
        this.age=age;
        this.id=id;
    }

    public Student2() {
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student2{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", id=" + id +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}


//类名的注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface TableQing{
    String value();
}

//属性的注解
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface FieldQing{
    String columnName();
    String type();
    int length();
}

发表于 2021-08-13 15:51 渐变拿铁的黑咖啡阅读(37) 评论(0) 编辑收藏举报

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