【Java】反射

文章目录

• 反射
• • 概述
  • 动态语言与非动态语言
  • • 动态语言
    • 非动态语言
  • Java反射机制提供的功能
  • 反射相关的主要API
  • 关于java.lang.Class类的理解
  • • 类的加载过程
    • 获取Class的实例的方式
    • • 方式一：调用运行时类的属性：.class
      • 方式二：通过运行时类的对象,调用getClass()
      • 方式三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)
      • 方式四：使用类的加载器：ClassLoader
    • 哪些类型可以有Class对象
  • ClassLoader类加载器
  • • ClassLoader读取配置文件
  • 通过发射创建对应的运行时类的对象
  • 体会反射的动态性
  • 获取当前运行时类的属性结构
  • • getFields()
    • getDeclaredFields()
    • 获取权限修饰符
    • 获取数据类型
    • 获取变量名
    • getMethods()
    • getDeclaredMethods()
    • 获取权限修饰符 返回值类型 方法名(参数类型1 形参名1,...) throws XxxException{}
    • 获取构造器结构
    • 获取运行时类的父类
    • 获取运行时类的带泛型的父类的泛型
    • 获取运行时类实现的接口
    • 获取运行时类所在的包
    • 获取运行时类声明的注解
  • 调用运行时类的结构
  • • • 操作运行时类中的指定的属性
      • 操作运行时类中的指定的方法
      • 调用运行时类中的指定的构造器
  • 动态代理
  • • 代理设计模式的原理
    • 静态代理例子
    • 动态代理的例子

反射

概述

Reflection（反射）是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。

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

动态语言与非动态语言

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、Erlang

非动态语言

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++。

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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、字节码操作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

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

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通过直接new的方式或反射的方式都可以调用公共的结构，但开发中一般建议用new的方式，需要动态的创建和调用时再用反射。

反射机制与面向对象中的封装性并不矛盾，封装性建议使用者这样去调用，反射是能调用，但不是一定，当需要动态调用时，才是反射发挥功能的时候。

关于java.lang.Class类的理解

类的加载过程

程序经过javac.exe命令以后，会生成一个或多个字节码文件(.class结尾)。接着我们使用java.exe命令对某个字节码文件进行解释运行。相当于将某个字节码文件加载到内存中。此过程就称为类的加载。加载到内存中的类，我们就称为运行时类。

此运行时类，就作为Class的一个实例。换句话说，Class的实例就对应着一个运行时类。

加载到内存中的运行时类，会缓存一定的时间。在此时间之内，我们可以通过不同的方式来获取此运行时类。

获取Class的实例的方式

方式一：调用运行时类的属性：.class

    Class clazz1 = Person.class;
    System.out.println(clazz1);

方式二：通过运行时类的对象,调用getClass()

    Person p1 = new Person();
    Class clazz2 = p1.getClass();
    System.out.println(clazz2);

方式三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)

        Class clazz3 = Class.forName("com.atguigu.java.Person");
//        clazz3 = Class.forName("java.lang.String");
        System.out.println(clazz3);

        System.out.println(clazz1 == clazz2);
        System.out.println(clazz1 == clazz3);

方式四：使用类的加载器：ClassLoader

    ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
    Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.atguigu.java.Person");
    System.out.println(clazz4);
	System.out.println(clazz1 == clazz4);

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

public void test4(){
    Class c1 = Object.class;
    Class c2 = Comparable.class;
    Class c3 = String[].class;
    Class c4 = int[][].class;
    Class c5 = ElementType.class;
    Class c6 = Override.class;
    Class c7 = int.class;
    Class c8 = void.class;
    Class c9 = Class.class;

    int[] a = new int[10];
    int[] b = new int[100];
    Class c10 = a.getClass();
    Class c11 = b.getClass();
    // 只要数组的元素类型与维度一样，就是同一个Class
    System.out.println(c10 == c11);

}

ClassLoader类加载器

   public void test1(){
        //对于自定义类，使用系统类加载器进行加载
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        //调用系统类加载器的getParent()：获取扩展类加载器
        ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
        System.out.println(classLoader1);
        //调用扩展类加载器的getParent()：无法获取引导类加载器
        //引导类加载器主要负责加载java的核心类库，无法加载自定义类的。
        ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
        System.out.println(classLoader2);

        ClassLoader classLoader3 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader3);

    }

ClassLoader读取配置文件

    public void test2() throws Exception {

        Properties pros =  new Properties();
        //此时的文件默认在当前的module下。
        //读取配置文件的方式一：
//        FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
//        FileInputStream fis = new FileInputStream("src\\jdbc1.properties");
//        pros.load(fis);

        //读取配置文件的方式二：使用ClassLoader
        //配置文件默认识别为：当前module的src下
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");
        pros.load(is);

        String user = pros.getProperty("user");
        String password = pros.getProperty("password");
        System.out.println("user = " + user + ",password = " + password);

    }

通过发射创建对应的运行时类的对象

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person() {

    }

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

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

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

    public void test1(){
        Class<Person> clazz = Person.class;
        Person person = null;
        try {
            person = clazz.newInstance();
            person.setAge(19);
            person.setName("李刚");
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(person);
    }

newInstance():调用此方法，创建对应的运行时类的对象。内部调用了运行时类的空参的构造器。

要想此方法正常的创建运行时类的对象，要求：

1.运行时类必须提供空参的构造器
2.空参的构造器的访问权限得够。通常，设置为public。

在javabean中要求提供一个public的空参构造器。原因：

1.便于通过反射，创建运行时类的对象
2.便于子类继承此运行时类时，默认调用super()时，保证父类有此构造器

体会反射的动态性

创建一个指定类的对象。
classPath:指定类的全类名

    public void test2(){

        for(int i = 0;i < 100;i++){
            int num = new Random().nextInt(3);//0,1,2
            String classPath = "";
            switch(num){
                case 0:
                    classPath = "java.util.Date";
                    break;
                case 1:
                    classPath = "java.lang.Object";
                    break;
                case 2:
                    classPath = "com.atguigu.java.Person";
                    break;
            }

            try {
                Object obj = getInstance(classPath);
                System.out.println(obj);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

只有运行才能知道造的是哪个对象

获取当前运行时类的属性结构

getFields()

获取当前运行时类及其父类中声明为public访问权限的属性

getDeclaredFields()

获取当前运行时类中声明的所有属性。（不包含父类中声明的属性）

public class Creature<T> implements Serializable {
    private char gender;
    private double weight;

    private void breath(){
        System.out.println("生物呼吸");
    }

    public void eat(){
        System.out.println("进食");
    }
}

public interface MyInterface {
    void info();
    String show(String nation);
}

@Target({TYPE, ElementType.FIELD, METHOD, PARAMETER, CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Myannotation {
    String value() default "fuck you";
}

@Myannotation
public class Person extends Creature<String> implements Comparable<String>,MyInterface {
    private String name;
    int age;
    public int id;

    public Person(){}

    @Override
    public int compareTo(String o) {
        return 0;
    }

    @Override
    public void info() {
        System.out.println("我是人");
    }

    @Override
    public String show(String nation) {
        System.out.println("我的国籍是" + nation);
        return nation;
    }

    public String display(String interests,int age) throws NullPointerException,ClassCastException{
        return interests + age;
    }
}

public void test1(){
    Class<Person> clazz = Person.class;

    Field[] fields = clazz.getFields();
    for (Field f :
            fields) {
        System.out.println(f);
    }
    Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
    for(Field f : declaredFields){
        System.out.println(f);
    }
}

获取权限修饰符

        int modifier = f.getModifiers();
        System.out.print(Modifier.toString(modifier) + "\t");

获取数据类型

        Class type = f.getType();
        System.out.print(type.getName() + "\t");

获取变量名

            String fName = f.getName();
            System.out.print(fName);

getMethods()

获取当前运行时类及其所有父类中声明为public权限的方法

    Method[] methods = clazz.getMethods();
    for(Method m : methods){
        System.out.println(m);
    }

getDeclaredMethods()

获取当前运行时类中声明的所有方法。（不包含父类中声明的方法）

    Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
    for(Method m : declaredMethods){
        System.out.println(m);
    }

获取权限修饰符 返回值类型 方法名(参数类型1 形参名1,…) throws XxxException{}

    public void test1(){

        Class clazz = Person.class;

        //getMethods():获取当前运行时类及其所有父类中声明为public权限的方法
        Method[] methods = clazz.getMethods();
        for(Method m : methods){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println();
        //getDeclaredMethods():获取当前运行时类中声明的所有方法。（不包含父类中声明的方法）
        Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
        for(Method m : declaredMethods){
            System.out.println(m);
        }
    }

    /*
    @Xxxx
    权限修饰符  返回值类型  方法名(参数类型1 形参名1,...) throws XxxException{}
     */
    @Test
    public void test2(){
        Class clazz = Person.class;
        Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
        for(Method m : declaredMethods){
            //1.获取方法声明的注解
            Annotation[] annos = m.getAnnotations();
            for(Annotation a : annos){
                System.out.println(a);
            }

            //2.权限修饰符
            System.out.print(Modifier.toString(m.getModifiers()) + "\t");

            //3.返回值类型
            System.out.print(m.getReturnType().getName() + "\t");

            //4.方法名
            System.out.print(m.getName());
            System.out.print("(");
            //5.形参列表
            Class[] parameterTypes = m.getParameterTypes();
            if(!(parameterTypes == null && parameterTypes.length == 0)){
                for(int i = 0;i < parameterTypes.length;i++){

                    if(i == parameterTypes.length - 1){
                        System.out.print(parameterTypes[i].getName() + " args_" + i);
                        break;
                    }

                    System.out.print(parameterTypes[i].getName() + " args_" + i + ",");
                }
            }

            System.out.print(")");

            //6.抛出的异常
            Class[] exceptionTypes = m.getExceptionTypes();
            if(exceptionTypes.length > 0){
                System.out.print("throws ");
                for(int i = 0;i < exceptionTypes.length;i++){
                    if(i == exceptionTypes.length - 1){
                        System.out.print(exceptionTypes[i].getName());
                        break;
                    }

                    System.out.print(exceptionTypes[i].getName() + ",");
                }
            }

            System.out.println();
        }

    }

获取构造器结构

  public void test1(){

        Class clazz = Person.class;
        //getConstructors():获取当前运行时类中声明为public的构造器
        Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
        for(Constructor c : constructors){
            System.out.println(c);
        }

        System.out.println();
        //getDeclaredConstructors():获取当前运行时类中声明的所有的构造器
        Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor c : declaredConstructors){
            System.out.println(c);
        }

    }

获取运行时类的父类

    public void test2(){
        Class clazz = Person.class;

        Class superclass = clazz.getSuperclass();
        System.out.println(superclass);
    }

    /*
    获取运行时类的带泛型的父类

     */
    @Test
    public void test3(){
        Class clazz = Person.class;

        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        System.out.println(genericSuperclass);
    }

获取运行时类的带泛型的父类的泛型

    public void test4(){
        Class clazz = Person.class;

        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
        //获取泛型类型
        Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();
//        System.out.println(actualTypeArguments[0].getTypeName());
        System.out.println(((Class)actualTypeArguments[0]).getName());
    }

获取运行时类实现的接口

public void test5(){
    Class clazz = Person.class;

    Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
    for(Class c : interfaces){
        System.out.println(c);
    }

    System.out.println();
    //获取运行时类的父类实现的接口
    Class[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
    for(Class c : interfaces1){
        System.out.println(c);
    }

}

获取运行时类所在的包

public void test6(){
    Class clazz = Person.class;

    Package pack = clazz.getPackage();
    System.out.println(pack);
}

获取运行时类声明的注解

public void test7(){
    Class clazz = Person.class;

    Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
    for(Annotation annos : annotations){
        System.out.println(annos);
    }
}

调用运行时类的结构

操作运行时类中的指定的属性

public void testField1() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;

    //创建运行时类的对象
    Person p = (Person) clazz.newInstance();

    //1. getDeclaredField(String fieldName):获取运行时类中指定变量名的属性
    Field name = clazz.getDeclaredField("name");

    //2.保证当前属性是可访问的
    name.setAccessible(true);
    //3.获取、设置指定对象的此属性值
    name.set(p,"Tom");

    System.out.println(name.get(p));
}

操作运行时类中的指定的方法

    public void testMethod() throws Exception {

        Class clazz = Person.class;

        //创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();

        /*
        1.获取指定的某个方法
        getDeclaredMethod():参数1 ：指明获取的方法的名称  参数2：指明获取的方法的形参列表
         */
        Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);
        //2.保证当前方法是可访问的
        show.setAccessible(true);

        /*
        3. 调用方法的invoke():参数1：方法的调用者  参数2：给方法形参赋值的实参
        invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值。
         */
        Object returnValue = show.invoke(p,"CHN"); //String nation = p.show("CHN");
        System.out.println(returnValue);

        System.out.println("*************如何调用静态方法*****************");

        // private static void showDesc()

        Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
        showDesc.setAccessible(true);
        //如果调用的运行时类中的方法没有返回值，则此invoke()返回null
//        Object returnVal = showDesc.invoke(null);
        Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
        System.out.println(returnVal);//null

    }

调用运行时类中的指定的构造器

public void testConstructor() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;

    //private Person(String name)
    /*
    1.获取指定的构造器
    getDeclaredConstructor():参数：指明构造器的参数列表
     */

    Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);

    //2.保证此构造器是可访问的
    constructor.setAccessible(true);

    //3.调用此构造器创建运行时类的对象
    Person per = (Person) constructor.newInstance("Tom");
    System.out.println(per);

}

动态代理

代理设计模式的原理

使用一个代理将对象包装起来, 然后用该代理对象取代原始对象。任何对原始对象的调用都要通过代理。代理对象决定是否以及何时将方法调用转到原始对象上。

静态代理，特征是代理类和目标对象的类都是在编译期间确定下来，不利于程序的扩展。同时，每一个代理类只能为一个接口服务，这样一来程序开发中必然产生过多的代理。最好可以通过一个代理类完成全部的代理功能。

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:

1. 调试
2. 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。

静态代理例子

interface ClothFactory{

    void produceCloth();

}

//代理类
class ProxyClothFactory implements ClothFactory{

    private ClothFactory factory;//用被代理类对象进行实例化

    public ProxyClothFactory(ClothFactory factory){
        this.factory = factory;
    }

    @Override
    public void produceCloth() {
        System.out.println("代理工厂做一些准备工作");

        factory.produceCloth();

        System.out.println("代理工厂做一些后续的收尾工作");

    }
}

//被代理类
class NikeClothFactory implements ClothFactory{

    @Override
    public void produceCloth() {
        System.out.println("Nike工厂生产一批运动服");
    }
}

public class StaticProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建被代理类的对象
        ClothFactory nike = new NikeClothFactory();
        //创建代理类的对象
        ClothFactory proxyClothFactory = new ProxyClothFactory(nike);

        proxyClothFactory.produceCloth();

    }
}

动态代理的例子

interface Human{

    String getBelief();

    void eat(String food);

}
//被代理类
class SuperMan implements Human{

    @Override
    public String getBelief() {
        return "I believe I can fly!";
    }

    @Override
    public void eat(String food) {
        System.out.println("我喜欢吃" + food);
    }
}

/*
要想实现动态代理，需要解决的问题？
问题一：如何根据加载到内存中的被代理类，动态的创建一个代理类及其对象。
问题二：当通过代理类的对象调用方法a时，如何动态的去调用被代理类中的同名方法a。

 */

class ProxyFactory{
    //调用此方法，返回一个代理类的对象。解决问题一
    public static Object getProxyInstance(Object obj){//obj:被代理类的对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();

        handler.bind(obj);

        return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),obj.getClass().getInterfaces(),handler);
        //当调用代理类中的方法时，会自动调用handler，handler中重写了的invoke，里面会调用被代理类的方法
    }

}

class MyInvocationHandler implements InvocationHandler{

    private Object obj;//需要使用被代理类的对象进行赋值

    public void bind(Object obj){
        this.obj = obj;
    }

    //当我们通过代理类的对象，调用方法a时，就会自动的调用如下的方法：invoke()
    //将被代理类要执行的方法a的功能就声明在invoke()中
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

        //method:即为代理类对象调用的方法，此方法也就作为了被代理类对象要调用的方法
        //obj:被代理类的对象
        Object returnValue = method.invoke(obj,args);

        util.method2();

        //上述方法的返回值就作为当前类中的invoke()的返回值。
        return returnValue;

    }
}

public class ProxyTest {

    public static void main(String[] args) {
        SuperMan superMan = new SuperMan();
        //proxyInstance:代理类的对象
        Human proxyInstance = (Human) ProxyFactory.getProxyInstance(superMan);
        //当通过代理类对象调用方法时，会自动的调用被代理类中同名的方法
        String belief = proxyInstance.getBelief();
        System.out.println(belief);
        proxyInstance.eat("四川麻辣烫");

        System.out.println("*****************************");

        NikeClothFactory nikeClothFactory = new NikeClothFactory();

        ClothFactory proxyClothFactory = (ClothFactory) ProxyFactory.getProxyInstance(nikeClothFactory);

        proxyClothFactory.produceCloth();

    }
}