概述

  • Java Reflection

​ 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。

  • 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
    • 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
    • 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：代表类的构造方法

Class类

概述

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()，返回值的类型是一个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 Class 类型的对象。一个 Class 对象包含了特定某个类的有关信息。

  • 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完整结构

常用方法

示例

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Class clazz = Class.forName("Person");
Object obj = clazz.newInstance();
Field field = clazz.getField("name");
field.set(obj, "Peter");
Object obj2 = field.get(obj);
System.out.println(obj2);

实例化Class类对象

  1. 调用运行时类本身的.class属性

    • 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. 通过运行时类的对象获取

    • 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 = xxx.getClass();

  3. 通过Class的静态方法获取

    • 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. 通过类的加载器

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ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();
Class clazz4 = cl.loadClass(“类的全类名”);

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。

ClassLoader

类加载器是用来把类(class)装载进内存的。JVM 规范定义了两种类型的类加载器：启动类加载器(bootstrap)和用户自定义加载器(user-defined class loader)。 JVM在运行时会产生3个类加载器，组成的初始化加载器层次结构 ，如下图所示：

  • 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，用来加载核心类库。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所指的目录下的类与jar包装入工作 ，是最常用的加载器

创建类对象并获取其完整结构

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。

调用类的完整结构

Field、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Field

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。

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。

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();

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

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()：取得全部的返回值类型
  • 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

Annotation相关

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

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()

类所在的包

  • Package getPackage()

小结

  1. 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。
  2. 一定要熟悉java.lang.reflect包的作用，反射机制。
  3. 如何取得属性、方法、构造器的名称，修饰符等。

调用指定方法、属性

指定方法

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。步骤：

  1. 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。
  2. 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

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
  • public Field getDeclaredField(String name)：返回此Class对象表示的类或接口的指定的Field

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

注意：在类中属性都设置为private的前提下，在使用set()和get()方法时，首先要使用Field类中的setAccessible(true)方法将需要操作的属性设置为可以被外部访问。

  • public void setAccessible(true)：访问私有属性时，让这个属性可见。

Java动态代理

概述

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

  • 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。

  • 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

静态代理

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//接口
interface ClotheFactory{
    void productClothe();
}
//被代理类
class NikeClotheFactory implements ClotheFactory{

    @Override
    public void productClothe() {
        System.out.println("Nike工厂生产一批衣服！");
    }
}
//代理类
class ProxyFactory implements ClotheFactory{
    ClotheFactory clotheFactory;

    //创建代理类的对象时，实际上传入一个被代理类的对象
    public ProxyFactory(ClotheFactory clotheFactory) {
        this.clotheFactory = clotheFactory;
    }

    @Override
    public void productClothe() {
        System.out.println("代理类开始执行，收代理费¥1000");
        clotheFactory.productClothe();
    }
}

public class TestStaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        NikeClotheFactory nikeClotheFactory = new NikeClotheFactory();
        ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory(nikeClotheFactory);
        proxyFactory.productClothe();
    }
}

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。
  1. 创建被代理的类以及接口

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

  2. 通过 Subject 代理调用RealSubject实现类的方法

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

//接口
interface Subject{
    void action();
}

//被代理类
class RealSubject implements Subject{

    @Override
    public void action() {
        System.out.println("我是被代理类，记得要执行我哦～么么～～");
    }
}

class MyInvocationHandler implements InvocationHandler{
    Object object; //实现了接口的被代理类的对象的声明

    //1、给被代理类的对象实例化 2、返回一个代理类的对象
    public Object blind(Object object){
        this.object = object;
        return Proxy.newProxyInstance(object.getClass().getClassLoader(),object.getClass().getInterfaces(),this);
    }

    //当通过代理类的对象发起对被重写的方法的调用时，都会转换为对如下的invoke方法的调用
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // method方法的返回值是returnVal
        Object returnVal = method.invoke(object,args);
        return returnVal;
    }
}

public class TestDynamicProxy {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、被代理类的对象
        RealSubject realSubject = new RealSubject();
        // 2、创建一个实现InvocationHandler接口的类的对象
        MyInvocationHandler myInvocationHandler = new MyInvocationHandler();
        // 3、调用blind()方法，动态的返回一个同样实现了real所在类实现的接口Subject的代理类对象
        Object obj = myInvocationHandler.blind(realSubject);
        Subject subject = (Subject) obj;
        // 4、转到对InvocationHandler接口的实现类的invoke()方法的调用
        subject.action();
    }
}

动态代理与AOP

引入

前面介绍的Proxy和InvocationHandler，很难看出这种动态代理的优势，下面介绍一种更实用的动态代理机制。

可以这么进行转换：

改进后的：代码段1、代码段2、代码段3和深色代码段分离开了，但代码段1、2、3又和一个特定的方法A耦合了！

最理想的效果是：代码块1、2、3既可以执行方法A，又无须在程序中以硬编码的方式直接调用深色代码的方法

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

interface Human{
    void info();
    void fly();
}

class SuperMan implements Human{

    @Override
    public void info() {
        System.out.println("我是超人！我怕谁！");
    }

    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("I believe I can fly！");
    }
}

class HumanUtil{
    public void method1(){
        System.out.println("======方法1======");
    }
    public void method2(){
        System.out.println("======方法2======");
    }
}

class MyINvocationHandler implements InvocationHandler{
    Object obj; // 被代理类对象的声明

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

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        HumanUtil humanUtil = new HumanUtil();
        humanUtil.method1();
        Object returnVal = method.invoke(obj,args);
        humanUtil.method2();
        return returnVal;
    }
}

/**
 * 动态的创建一个代理类对象
 */
class MyProxy{
    public static Object getProxyInstance(Object obj){
        MyINvocationHandler handler = new MyINvocationHandler();
        handler.setObj(obj);
        return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),obj.getClass().getInterfaces(),handler);
    }
}

public class TestAOP {
    public static void main(String[] args) {
        SuperMan superMan = new SuperMan();
        Object obj = MyProxy.getProxyInstance(superMan);
        Human human = (Human) obj;
        human.info();
        System.out.println();
        human.fly();
    }
}

简述

  • 使用Proxy生成一个动态代理时，往往并不会凭空产生一个动态代理，这样没有太大的意义。通常都是为指定的目标对象生成动态代理。
  • 这种动态代理在AOP中被称为AOP代理，AOP代理可代替目标对象，AOP代理包含了目标对象的全部方法。但AOP代理中的方法与目标对象的方法存在差异：AOP代理里的方法可以在执行目标方法之前、之后插入一些通用处理。

面试题

  • 描述一下JVM加载class文件的原理机制?
    答：JVM中类的装载是由ClassLoader和它的子类来实现的，Java ClassLoader，是一个重要的Java运行时系统组件。它负责在运行时查找和装入类文件的类。