Java反射机制详解-优快云博客

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一、Java反射机制概述
二、Class类、获取Class的实例⭐
三、类的加载、ClassLoader
四、应用一：创建运行时类的对象⭐【newInstance】
五、应用二：获取运行时类的完整结构
六、应用三：调用运行时类的指定结构⭐
七、应用四：动态代理

一、Java反射机制概述

1.1 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
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
可以通过这个对象看到类的结构，形象的称之为：反射

1.2 动态语言 vs 静态语言

动态语言	静态语言
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；如：Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python、Erlang	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，可以利用反射机制、字节码操作获得类似动态语言的特性

1.3 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

1.4 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
… …

二、Class类、获取Class的实例⭐

2.1 理解Class类

在这里插入图片描述

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)
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
加载到内存中的类为运行时类，此运行时类，作为Class的一个实例，即Class的实例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，可以通过不同的方式来获取此运行时类
public final Class getClass()：在Object类中定义的方法，此方法将被所有子类继承

2.2 获取Class实例

//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(常用)：调用Class的静态方法：forName(String classPath)
        Class clazz3 = Class.forName("com.lsy.java.Person");
		// clazz3 = Class.forName("java.lang.String");
        System.out.println(clazz3);

        System.out.println(clazz1 == clazz2); //true
        System.out.println(clazz1 == clazz3); //true
        
//方式四(了解)：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); //true

2.3 可以有Class对象的类型

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

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();
// 只要元素类型与维度一样，就是同一个Class
System.out.println(c10 == c11); //true

2.4 Class类常用方法

Method	Description
`static Class forName(String name)`	返回指定类名name 的Class 对象
`Object newInstance()`	}调用缺省构造函数，返回该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、基本类型或void）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
`Class getSuperclass()`	返回表示此Class所表示的实体的超类的Class
`Constructor[] getConstructors()`	返回一个包含某些Constructor对象的数组
`Field[] getDeclaredFields()`	返回Field对象的一个数组
`Method getMethod(Stringname,Class … paramTypes)`	返回一个Method对象，此对象的形参类型为paramType

三、类的加载、ClassLoader

3.1 类的加载

在这里插入图片描述

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。
- 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
- 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。
- 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）。
- 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。

3.2 类加载器

在这里插入图片描述

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。
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。

3.3 ClassLoader

在这里插入图片描述

使用Classloader加载src目录下的配置文件

    @Test
    public void test2() throws Exception {

        Properties pros = new Properties();
        
        //jdbc.properties在当前的module下
        //jdbc1.properties在当前module的src下
        
        //读取配置文件的方式一：
        FileInputStream fis1 = new FileInputStream("jdbc.properties");
        FileInputStream fis2 = new FileInputStream("src\\jdbc1.properties");
        pros.load(fis1);
        pros.load(fis2);

        //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 = ReflectionTest.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);

    }

四、应用一：创建运行时类的对象⭐【newInstance】

    @Test
    public void test1() throws IllegalAccessException, InstantiationException {
        Class<Person> clazz = Person.class;
        /**
         * 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
         */
        Person obj = clazz.newInstance();
        System.out.println(obj);
    }

五、应用二：获取运行时类的完整结构

5.1 属性结构

public class FieldTest {

    // 属性结构
    @Test
    public void test1(){

        Class<Person> clazz = Person.class;

        //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
        Field[] fields = clazz.getFields();
        for (Field f : fields){
            System.out.println(f);
        }
        System.out.println("*******************************************");

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

    // 权限修饰符 数据类型 变量名
    @Test
    public void test2(){

        Class<Person> clazz = Person.class;
        Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();

        for (Field f : declaredFields){

            //1.权限修饰符 getModifiers()
            int modifiers = f.getModifiers();
            System.out.print(Modifier.toString(modifiers) + "\t");

            //2.数据类型 getType()
            Class<?> type = f.getType();
            System.out.print(type.getName() + "\t");

            //3.变量名 getName()
            String name = f.getName();
            System.out.println(name);

            System.out.println();
        }

    }
}

5.2 方法结构

public class MethodTest {

    // 方法
    @Test
    public void test1(){

        Class<Person> clazz = Person.class;

        //getMethods()：获取当前【运行时类】及其【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("*************************************************");

        //getDeclareMethods()：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<Person> clazz = Person.class;
        Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();

        for (Method m : declaredMethods){

            //1.注解 getAnnotations()
            Annotation[] annotations = m.getAnnotations();
            for (Annotation a : annotations){
                System.out.println(a);
            }

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

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

            //4.方法名 getName()
            System.out.print(m.getName() + "(");

            //5.形参列表 getParameterTypes()
            Class[] parameterTypes = m.getParameterTypes();
            if (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(")" + "\t");

            //6.抛出的异常 getExceptionTypes()
            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.println(exceptionTypes[i].getName());
                        break;
                    }
                    System.out.println(exceptionTypes[i].getName() + ",");
                }
            }

            System.out.println();
        }

    }
}

5.3 构造器、父类、泛型、接口、包、注解

public class OtherTest {

    //构造器
    @Test
    public void test1(){
        Class<Person> 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】中声明的所有构造器
        Constructor<?>[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor c : declaredConstructors){
            System.out.println(c);
        }
    }

    //运行时类的父类 getSuperclass()
    @Test
    public void test2(){
        Class<Person> clazz = Person.class;

        Class<? super Person> superclass = clazz.getSuperclass();
        System.out.println(superclass);
    }

    //运行时类的带泛型的父类 getGenericSuperclass()
    @Test
    public void test3(){
        Class<Person> clazz = Person.class;

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

    //运行时类的父类的泛型
    @Test
    public void test4(){
        Class<Person> clazz = Person.class;

        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
        //获取泛型类型
        Type[] actualTypeArguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();
        for (Type t : actualTypeArguments){
            System.out.println(t.getTypeName());
        }
    }

    //运行时类的接口
    @Test
    public void test5(){
        Class<Person> clazz = Person.class;

        Class<?>[] interfaces = clazz.getInterfaces();
        for (Class c : interfaces){
            System.out.println(c);
        }
        System.out.println("*************************");

        //运行时类的父类的接口
        Class<?>[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
        for (Class c : interfaces1){
            System.out.println(c);
        }
    }

    //运行时类所在的包
    @Test
    public void test6(){
        Class<Person> clazz = Person.class;

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

    //运行时类声明的注解
    @Test
    public void test7(){
        Class<Person> clazz = Person.class;

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

}

六、应用三：调用运行时类的指定结构⭐

6.1 调用运行时类的指定属性

    //调用运行时类的指定属性
    @Test
    public void testField() throws Exception {
        Class<Person> clazz = Person.class;

        //创建运行时类的对象，获取非静态的属性
        Person p = clazz.newInstance();

        //1.getDeclaredField(String fieldName)：获取指定的属性，可以是private的
        Field name = clazz.getDeclaredField("name");

        //2.setAccessible(true)：保证当前属性可访问
        name.setAccessible(true);

        //3.set(Object obj, Object value)：获取、设置 指定对象的属性值
        name.set(p,"Tom");
        System.out.println(name.get(p));
    }

6.2 调用运行时类的指定方法

    //调用运行时类的指定方法
    @Test
    public void testMethod() throws Exception {
        Class<Person> clazz = Person.class;

        //创建运行时类的对象，获取【非静态】的方法
        Person p = clazz.newInstance();

        //1.getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：获取指定的某个方法
        Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);

        //2.setAccessible(true)：保证当前方法可访问
        show.setAccessible(true);

        //3.invoke(Object obj, Object... args)：调用指定的运行时类的方法
        Object returnValue = show.invoke(p, "CHN");
        System.out.println(returnValue);//invoke返回值即为show的返回值

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

        //调用【静态】方法
        Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
        showDesc.setAccessible(true);
//        Object returnValue1 = showDesc.invoke(Person.class);
        Object returnValue1 = showDesc.invoke(null);
        System.out.println(returnValue1);//调用的方法没有返回值则返回null
    }

6.3 调用运行时类的指定构造器（用的少）

    //调用运行时类的指定构造器（用的少）
    @Test
    public void testConstructor() throws Exception {
        Class<Person> clazz = Person.class;

        //1.getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes)：获取指定构造器
        Constructor<Person> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);

        //2.setAccessible(true)：保证此构造器可访问
        constructor.setAccessible(true);

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

七、应用四：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。
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，这样可以更加灵活和统一的处理众多的方法，即可以通过一个代理类完成全部的代理功能。

7.1 静态代理举例

//代理类和被代理类【在编译期间就确定下来了】

interface ClothFactory{
    void produceCloth();
}

//代理类
class ProxyClothFactory implements ClothFactory{

    private ClothFactory factory;

    public ProxyClothFactory(ClothFactory factory) {
        this.factory = factory; //用被代理类对象进行实例化
    }

    @Override
    public void produceCloth() {
        System.out.println("代理工厂准备");

        factory.produceCloth();

        System.out.println("代理工厂收尾");
    }
}

//被代理类
class NikeClothFactory implements ClothFactory{

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

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

        proxyClothFactory.produceCloth();
    }
}

7.2 动态代理举例

interface Human{
    String getBelief();
    void eat(String food);
}

//被代理类
class Superman implements Human{

    @Override
    public String getBelief() {
        return "共产主义万岁";
    }

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

/**
 * 实现动态代理需要解决的问题：
 * 		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
 * 		二、如何通过代理类对象动态调用被代理类中同名的方法
 */
class ProxyFactory{
    //调用此方法，返回一个代理类的对象
    public static Object getProxyInstance(Object obj){ //obj:被代理类的对象
        MyInvocationHandler myInvocationHandler = new MyInvocationHandler();
        myInvocationHandler.bind(obj);
        return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),obj.getClass().getInterfaces(),myInvocationHandler);
    }
}

class MyInvocationHandler implements InvocationHandler{

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

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

    //通过代理类对象调用方法A时，就会自动调用如下方法invoke
    //将被代理类要执行的功能声明在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，此方法也作为被代理类对象要调用的方法
        //obj：被代理类对象
        Object returnValue = method.invoke(obj, args);
        //代理类对象调用的方法的返回值也是当前类中的invoke()的返回值
        return returnValue;
    }
}

public class ProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        Superman superman = new Superman();
        //创建代理类对象 proxyInstance
        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
        System.out.println(proxyInstance.getBelief());
        proxyInstance.eat("锅包肉");

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

        NikeClothFactory nikeClothFactory = new NikeClothFactory();
        //创建代理类对象 proxyClothInstance
        ClothFactory proxyClothInstance = (ClothFactory) ProxyFactory.getProxyInstance(nikeClothFactory);
        //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
        proxyClothInstance.produceCloth();
    }
}