第13章反射

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Java 反射

反射（Reflection）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。

Java反射机制研究及应用

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。

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。

Class类的常用方法

实例

class Person {
    public String name;
}

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String str = "d.Person";
        Class clazz = Class.forName(str);
        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类对象的四种方法

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。
例：Class clazz = String.class;
已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象。
例：Class clazz = "www.baidu.com".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。
例：Class clazz = Class.forName("java.lang.String");
其他方式

ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();
Class clazz = 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（了解）

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。

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.获取一个系统类加载器
        ClassLoader classloader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(classloader);

        //2.获取系统类加载器的父类加载器，即扩展类加载器
        classloader = classloader.getParent();
        System.out.println(classloader);

        //3.获取扩展类加载器的父类加载器，即引导类加载器
        classloader = classloader.getParent();
        System.out.println(classloader);

        //4.测试当前类由哪个类加载器进行加载
        classloader = Class.forName("d.Test2").getClassLoader();
        System.out.println(classloader);

        //5.测试JDK提供的Object类由哪个类加载器加载
        classloader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
        System.out.println(classloader);
        //*6.关于类加载器的一个主要方法：getResourceAsStream(String str):获取类路径下的指定文件的输入流
        InputStream in = null;
        in = Test2.class.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("exer2\\test.properties");
        System.out.println(in);
    }
}

创建类对象并获取类的完整结构

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。

疑问：没有无参的构造器就能创建对象吗？——能！

只要在操作的时候明确的调用类中的构造方法，并将参数传递进去之后，就可以实例化操作。

步骤如下：

通过Class类的getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)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。
调用java.lang.reflect.Constructor的 public T newInstance(Object... initargs)方法。

实例

class Person {
    public String name;
    public Integer age;

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

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.根据全类名获取对应的Class对象
        String name = "d.Person";
        Class clazz = null;
        clazz = Class.forName(name);
        //2.调用指定参数结构的构造器，生成Constructor的实例
        Constructor con = clazz.getConstructor(String.class, Integer.class);
        //3.通过Constructor的实例创建对应类的对象，并初始化类属性
        Person p2 = (Person) con.newInstance("Peter", 20);
        System.out.println(p2);

    }
}

通过反射调用类的完整结构

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：
取得全部的返回值：public Class<?> getReturnType()
取得全部的参数：public Class<?>[] getParameterTypes()
取得修饰符：public int getModifiers()
取得异常信息：public Class<?>[] getExceptionTypes()

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：
以整数形式返回此Field的修饰符：public int getModifiers()
得到Field的属性类型：public Class<?> getType()
返回Field的名称：public String getName()

Annotation相关
getAnnotation(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()

通过反射调用类中的指定方法、指定属性

调用指定方法

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。步骤：

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。
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。

关于Object invoke(Object obj, Object...args)的说明：

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。

调用指定属性

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：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

之前为大家讲解过代理机制的操作，属于静态代理，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：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：
static Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader, Class<?>...interfaces)
创建一个动态代理类所对应的Class对象。
static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)
直接创建一个动态代理对象。

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。

  public Object invoke(Object theProxy, Method method, Object[] params) throws Throwable {
        try {
            Object retval = method.invoke(targetObj, params);
            // Print out the result
            System.out.println(retval);
            return retval;
        } catch (Exception exc) {
        }
    }

2.创建被代理的类以及接口

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

RealSubject target = new RealSubject();
// Create a proxy to wrap the original implementation
DebugProxy proxy = new DebugProxy(target);
// Get a reference to the proxy through the Subject interface
Subject sub = (Subject) Proxy.newProxyInstance(
Subject.class.getClassLoader(),
new Class[]{Subject.class}, proxy);

4.通过 Subject代理调用RealSubject实现类的方法

String info = sub.say("Peter", 24);
System.out.println(info);

动态代理与AOP

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

改进后的说明：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。

实例

interface Dog {
    void info();
    void run();
}

class HuntingDog implements Dog {
    public void info() {
        System.out.println("我是一只猎狗");
    }

    public void run() {
        System.out.println("我奔跑迅速");
    }
}

class DogUtil {
    public void method1() {
        System.out.println("=====模拟通用方法1=====");
    }

    public void method2() {
        System.out.println("=====模拟通用方法2=====");
    }
}

class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {

    // 需要被代理的对象
    private Object target;

    public void setTarget(Object target) {
        this.target = target;
    }

    // 执行动态代理对象的所有方法时，都会被替换成执行如下的invoke方法
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Exception {
        DogUtil du = new DogUtil();
        // 执行DogUtil对象中的method1。
        du.method1();
        // 以target作为主调来执行method方法
        Object result = method.invoke(target, args);
        // 执行DogUtil对象中的method2。
        du.method2();
        return result;
    }
}

class MyProxyFactory {
    // 为指定target生成动态代理对象
    public static Object getProxy(Object target) throws Exception {

        // 创建一个MyInvocationHandler对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();

        // 为MyInvocationHandler设置target对象
        handler.setTarget(target);

        // 创建、并返回一个动态代理对象
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(), target.getClass().getInterfaces(), handler);
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建一个原始的HuntingDog对象，作为target
        Dog target = new HuntingDog();

        // 以指定的target来创建动态代理
        Dog dog = (Dog) MyProxyFactory.getProxy(target);
        dog.info();
        dog.run();
    }
}

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。