Java的反射

之前的博客带领大家了解了Java的注解，本次博客带领大家了解Java的反射和反射的作用。

静态语言和动态语言

• 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 Reflection

• 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。
  

Java 反射优点和缺点

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。

//什么叫反射
public class Test02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //通过反射获取类的class对象
        Class c1 = Class.forName("com.ld.reflection.User");
        System.out.println(c1);

        Class c2 = Class.forName("com.ld.reflection.User");
        Class c3 = Class.forName("com.ld.reflection.User");
        Class c4 = Class.forName("com.ld.reflection.User");

        //一个类在内存中只有一个Class对象
        //一个类被加载后。类的整个结构都会被封装在Class对象中
        System.out.println(c2.hashCode());
        System.out.println(c3.hashCode());
        System.out.println(c4.hashCode());
    }
}

//实体类:pojo，entity
class User{
    private String name;
    private int id;
    private int age;

    public User() {
    }

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

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

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

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()

• 以上的方法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

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

获取Class类的实例

1. 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;

2. 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();

3. 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。

Class clazz = Class.forName("demo01.Student");

4. 内置基本数据类型可以直接用类名.Type。
5. 还可以利用ClassLoader。

public class Test03 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Person person = new Student();
        System.out.println("这个人是："+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("com.ld.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{
    public 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";
    }
}

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，只用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，不会导致父类初始化。
  • 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 Test06 {

    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("com.ld.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=300;
    }

    static int m =100;
    static final int M = 1;
}

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

Field、Method、Constructor、Superclass、Interface

public class Test08 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
        Class c1 = Class.forName("com.ld.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);

        //获得指定的构造器
        System.out.println("====================");
        Constructor[] constructors = c1.getConstructors(); //获得public的构造器
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println(constructor);
        }
        constructors = c1.getDeclaredConstructors();//获得本类所有的构造器
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println("getDeclaredConstructors"+constructor);
        }

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

动态创建对象的执行方法

• 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。
• 步骤如下：
  • 通过Class类的getDeclaredConstructor(Class…parameter Types)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。
• 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…parameter Types)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。
• 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。

//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("com.ld.reflection.User");

        //构造一个对象
        User user = (User)c1.newInstance(); //本质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 user2 = (User) constructor.newInstance("lid",11,18);
        System.out.println(user2);

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

        //invoke : 激活的意识
        //(对象，"方法的值")
        setName.invoke(user3,"领导");
        System.out.println(user3.getName());

        //通过反射操作属性
        User user4 = (User)c1.newInstance();
        Field name = c1.getDeclaredField("name");

        //不能直接操作私有属性，我们需要关闭程序的安全检测，
        name.setAccessible(true);
        name.set(user4,"lid");
        System.out.println(user4.getName());
    }
}

• 性能测试机制

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(){
        User user = new User();
        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = null;

        try {
            getName = c1.getDeclaredMethod("getName",null);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        long startTime = System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            try {
                getName.invoke(user,null);
            } catch (IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (InvocationTargetException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        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(){
        User user = new User();
        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = null;

        try {
            getName = c1.getDeclaredMethod("getName",null);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        getName.setAccessible(true);
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            try {
                getName.invoke(user,null);
            } catch (IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (InvocationTargetException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        long endTime = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("关闭检测方式执行10亿次："+(endTime-startTime)+"ms");
    }

    public static void main(String[] args) {
        test01();
        test02();
        test03();
    }
}

反射操作泛型

• Javac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

//通过反射获取泛型
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",null);
        Type genericReturnType = method.getGenericReturnType();
        if(genericReturnType instanceof ParameterizedType){
            Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

反射操作注解

//反射操作注解
public class Test12 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
        Class c1 = Class.forName("com.ld.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。
        TableLd tableLd = (TableLd) c1.getAnnotation(TableLd.class);
        String value = tableLd.value();
        System.out.println(value);

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

@TableLd("db_student")
class Student2{
    @Fieldkuang(columnName = "db_id",type = "int",length = 10)
    private int id;
    @Fieldkuang(columnName = "db_age",type = "int",length = 10)
    private int age;
    @Fieldkuang(columnName = "db_name",type = "varchar",length = 3)
    private String name;

    public Student2() {
    }

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

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    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 "Student2{" +
                "id=" + id +
                ", age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

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

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

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

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

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

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