Java反射机制概述
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
图解:
-
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
-
反射的优点缺点:
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
- class.long.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
案例:
//初识反射
// Class
public class Test02 {
public static void main(String[] args) {
try {
//通过反射获取类的class
Class c1 = Class.forName("java.lang.Object");
System.out.println(c1);
Class c2 = Class.forName("com.kuang.reflection.User");
System.out.println(c1.hashCode());
System.out.println(c2.hashCode());
//正常创建对象的方式
//User user = new User();
//Class c3 = user.getClass();
//System.out.println(c3);
//System.out.println(c3.hashCode());
//System.out.println(user.hashCode());
//总结:
//一个类无论创造多少个对象 , 只有一个Class对象
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//实体类 , pojo / entity
class User extends Object{
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;
}
private void test(){
}
@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
案例:
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
//获得类的信息
//1.获得类的属性
//2.获得类的方法
//3.获得类的名字
@SuppressWarnings("all")
public class Test05 {
public static void main(String[] args) throws
ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
Class c1 = Class.forName("java.lang.String");
//获得名字
System.out.println("*****************************************************");
System.out.println(c1.getName()); //获得类的名字 : 包名 + 类名
System.out.println(c1.getSimpleName()); // 类名
//获得属性
System.out.println("*****************************************************");
Field[] fields = c1.getFields(); //只能获得类的public属性
for (Field field : fields) {
System.out.println(field);
}
Field[] declaredFields = c1.getDeclaredFields(); //获得类的全部属性
for (Field field : declaredFields) {
System.out.println(field);
}
/*
Field name = c1.getDeclaredField("name"); //获得指定属性的值
System.out.println(name);
*/
//获得方法
System.out.println("*****************************************************");
Method[] methods = c1.getMethods(); //获得本类及其父类的所有public方法
for (Method method : methods) {
System.out.println("默认:"+method);
}
methods = c1.getDeclaredMethods(); //获得本类的全部方法
for (Method method : methods) {
System.out.println("Declared:"+method);
}
//重载 , 如果只知道方法的名字 , 是找不到具体的方法的
/* Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName",null);
Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName",String.class);
System.out.println(getName);
System.out.println(setName);*/
//获得构造器
System.out.println("*****************************************************");
Constructor[] constructors = c1.getConstructors();
for (Constructor constructor : constructors) {
System.out.println(constructor);
}
/* //获得指定的构造器
Constructor constructor = c1.getConstructor(null); //无参构造
System.out.println("指定:"+constructor);
constructor = c1.getConstructor(String.class,int.class,int.class); //获得有参构造
System.out.println("指定:"+constructor);*/
}
}
获取Class类的实例
a) 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;
b) 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();
c) 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,
Class clazz = Class.forName(“demo01.Student”);
可能抛出ClassNotFoundException
d) 内置基本数据类型可以直接用类名.Type
e) 还可以利用ClassLoader我们之后讲解
案例:
import java.sql.PreparedStatement;
//测试如何获得Class
public class Test03 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Person person = new Student();
System.out.println("这个人是:"+person);
//1.通过对象获得class
Class c1 = person.getClass();
//2.通过forname : 包名+类名
Class c2 = Class.forName("com.kuang.reflection.Student");
//3.通过类的静态成员变量 class 获得
Class c3 = Student.class;
//4.只有默认的基本类型才有的方法
//八大基本数据类型
// byte int short long double float char boolean
Class type = Integer.TYPE;
//Integer.class;
//5.获得父类的类型
Class c4 = person.getClass();
Class c5 = c4.getSuperclass();
System.out.println(c1);
System.out.println(c2);
System.out.println(c3);
System.out.println(c4);
System.out.println(c5);
System.out.println(type);
}
}
class Person{
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";
}
}
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
案例:
import java.lang.annotation.ElementType;
//获得所有类的class,判断有什么区别
public class Test04 {
public static void main(String[] args) {
Class c1 = Object.class; //类
Class c2 = Comparable.class; //接口
Class c3 = String[].class; //数组
Class c4 = int[][].class; //二维数组
Class c20 = String[][].class; //二维数组
Class c5 = ElementType.class; //枚举
Class c6 = Override.class; //注解
Class c7 = Integer.class; //基本数据类型
Class c8 = Void.class;// void
Class c9 = Class.class;//Class
int[] a = new int[10];
int[] b = new int[100];
Class c10 =a.getClass();
Class c11 =b.getClass();
//数组类型一样的情况下 , 同个维度 , 只有一个class对象
System.out.println(c10==c11);
System.out.println(c20==c4);
System.out.println(c10);
System.out.println(c11);
System.out.println(c1);
System.out.println(c2);
System.out.println(c3);
System.out.println(c4);
System.out.println(c5);
System.out.println(c6);
System.out.println(c7);
System.out.println(c8);
System.out.println(c9);
}
}
输出结果:
true
false
class [I
class [I
class java.lang.Object
interface java.lang.Comparable
class [Ljava.lang.String;
class [[I
class java.lang.annotation.ElementType
interface java.lang.Override
class java.lang.Integer
class java.lang.Void
class java.lang.Class
Java内存分析
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,则系统会通过以下步骤对该类进行初始化:
类的加载与ClassLoader的理解
- 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. - 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,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。
案例:
import com.sun.org.apache.bcel.internal.generic.NEW;
//测试类的加载
public class Test01 {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println(A.m);
}
}
/*
1.加载到内存
2.链接完 m = 0;
3.初始化
<clinit>()--->JVM跑 , 按照顺序合并静态代码块
<clinit>(){
m = 300;
m = 100;
}
*/
class A{
static int m = 300;
static{
System.out.println("A类 静态代码块初始化");
m = 100;
}
static {
m = 400;
}
public A() {
System.out.println("A类的构造方法");
}
}
什么时候会发生类的初始化?
- 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方法所在的类
- 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
案例:
//测试类的初始化
public class Test02 {
public static void main(String[] args) {
//1.主动引用
Son son = new Son();
System.out.println(son.m);
//2.反射也会产生主动引用
try {
Class.forName("com.kuang.classloader.Father");
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
//3.被动加载 , 通过子类引用父类的静态变量 , 不会导致子类初始化
System.out.println(Son.b);
//4.被动加载
Son[] array = new Son[5];
//5.被动加载
System.out.println(Son.M);
}
}
class Father{
/*
<clinit>(){
int b = 2;
System.out.println("父类被加载");
}
*/
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;
}
类加载器的作用
- 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
- 类加载器作用是用来把类(class)装载进内存的。JVM 规范定义了如下类型的类的加载器。
案例:
//测试ClassLoader
public class Test03 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
//1.获得系统类加载器
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(systemClassLoader);
//2.获得系统类加载器的父类加载器--->扩展类加载器
ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
System.out.println(parent);
//3.扩展类加载器的父类--->根加载器(C++写的)
ClassLoader parent1 = parent.getParent();
System.out.println(parent1); //null
//4.测试当前类是哪个加载器加载的
ClassLoader classLoader = Class.forName("com.kuang.classloader.Test03").getClassLoader();
System.out.println(classLoader);
//5.测试Object类是哪个加载器加载的
classLoader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
System.out.println(classLoader);
//系统类加载器(ClassLoader)可以加载的类的路径
//都保存在系统变量 : System.getProperty("java.class.path") ;
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
//System.setProperty("java.class.path",null); //无效代码
//双亲委派机制
}
}
创建运行时类的对象
- 通过反射获取运行时类的完整结构
Field、Method、Constructor、Superclass、Interface、Annotation
Ø 实现的全部接口
Ø 所继承的父类
Ø 全部的构造器
Ø 全部的方法
Ø 全部的Field(属性)
Ø 注解
有了Class对象,能做什么?
创建类的对象:
调用Class对象的newInstance()方法
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
- 思考?难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗?
只要在操作的时候明确的调用类中的构造器,
并将参数传递进去之后,才可以实例化操作。
步骤如下:
1)通过Class类的getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)取得本类的指定形参类型的构造器
2)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。
3)通过Constructor实例化对象
调用指定的方法
- 通过反射,调用类中的方法,通过Method类完成。
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 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 p r i v a t e , 则 需 要 在 调 用 此 i n v o k e ( ) 方 法 前 , 显 式 调 用 方 法 对 象 的
setAccessible(true)方法,将可访问private的方法。
setAccessiable
- 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。
1.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。
2.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
案例:
import com.sun.xml.internal.ws.runtime.config.TubelineFeatureReader;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Set;
//动态构造对象 , 调用方法
public class Test06 {
public static void main(String[] args) throws
ClassNotFoundException, IllegalAccessException,
InstantiationException, NoSuchMethodException,
InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
Class<?> c1 = Class.forName("com.kuang.reflection.User");
//1.通过动态调用构造方法,构造对象
System.out.println("*****************************************************");
User user = (User) c1.newInstance();
System.out.println(user);
//2.通过有参构造创建对象
System.out.println("*****************************************************");
Constructor<User> constructor = (Constructor<User>) c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
User user2 = constructor.newInstance("秦疆", 007, 18);
System.out.println(user2);
//3.调用普通方法
System.out.println("*****************************************************");
User user3 = (User) c1.newInstance();
//获得指定的方法
Method method = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
//invoke (方法执行的对象 , 方法参数的值)
method.invoke(user3,"狂神");
System.out.println(user3.getName());
//4.操作属性
System.out.println("*****************************************************");
User user4 = (User) c1.newInstance();
Field field = c1.getDeclaredField("name");
field.setAccessible(true); // 关闭权限访问检测 , 默认是false[打开的权限访问检测]
//字段设置值 (对象 , 值)
field.set(user4,"秦疆");
System.out.println(user4.getName());
//设置输出字体颜色
System.out.println("\u001b[31m 秦疆");
//设置输出字体背景颜色
System.out.println("\u001b[1;42m 秦疆");
//测试字体彩色输出
System.out.println("\033[32;4m 秦疆 \033[0m");
System.out.println("\033[30;4m 秦疆 \033[0m");
System.out.println("\033[31;4m 秦疆 \033[0m");
}
}
案例二:
import java.lang.reflect.Method;
//分析性能问题
@SuppressWarnings("all")
public class Test07 {
//正常创建对象
public static void test1(){
User user = new User();
//获取开始时间
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10000000000L; i++) {
user.getName();
}
//获取结束时间
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("正常方式调用10亿次方法,耗时:"+(endTime-startTime)+"ms");
}
//通过反射创建对象耗时
public static void test2() throws Exception {
User user = new User();
Class c1 = user.getClass();
Method method = c1.getMethod("getName", null);
//获取开始时间
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000L; i++) {
method.invoke(user,null);
}
//获取结束时间
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("反射方式调用10亿次方法,耗时:"+(endTime-startTime)+"ms");
}
//通过反射创建对象耗时 , 关闭安全监测
public static void test3() throws Exception {
User user = new User();
Class c1 = user.getClass();
Method method = c1.getMethod("getName", null);
method.setAccessible(true); //提高性能!
//获取开始时间
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000L; i++) {
method.invoke(user,null);
}
//获取结束时间
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("关闭安全监测-->反射方式调用10亿次方法,耗时:"+(endTime-startTime)+"ms");
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
test1();
test2();
test3();
}
}
注意:test1时间最短
test2消耗时间最多,
关闭安全检查可以节约时间
反射操作泛型
- Java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
案例:
import javax.lang.model.element.TypeElement;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.List;
import java.util.Map;
//测试反射获取泛型
@SuppressWarnings("all")
public class Test08 {
//带有泛型参数的方法
public void test01(Map<String,User> map,List<User> list){
System.out.println("test01");
}
//带有泛型返回值的方法
public Map<Integer,User> test2(){
System.out.println("test02");
return null;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
//获得指定方法的泛型信息
Method method = Test08.class.getDeclaredMethod("test01", Map.class, List.class);
//获得泛型参数类型信息
Type[] t = method.getGenericParameterTypes();
for (Type type : t) {
System.out.println("#"+type);
if (type instanceof ParameterizedType){
//getActualTypeArguments 获得真实的类型参数
Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) type).getActualTypeArguments();
for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
System.out.println("真实的泛型类型:"+actualTypeArgument);
}
}
}
//获得返回值泛型信息
Method method2 = Test08.class.getMethod("test2", null);
//获得泛型参数类型信息
//getGenericReturnType获得泛型返回值信息
Type genericReturnType = method2.getGenericReturnType();
if (genericReturnType instanceof ParameterizedType){
//getActualTypeArguments 获得真实的类型参数
Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
System.out.println("真实的返回值泛型类型:"+actualTypeArgument);
}
}
}
}
反射操作注解
- getAnnotations
- getAnnotation
案例:
//测试对象关系映射
import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.Field;
//使用反射读取注解
/*
1.定义注解
2.在类中使用注解
3.使用反射获取注解
*/
public class Test09 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//通过反射获取注解信息
Class c1 = Class.forName("com.kuang.reflection.Student2");
Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();//获得这个类的所有注解信息
for (Annotation annotation : annotations) {
System.out.println(annotation);
}
//获得注解的值
//通过注解的 value方法 获得注解的值
Annotation annotation = c1.getAnnotation(TableKuang.class);
TableKuang annotation1 = (TableKuang) annotation;
System.out.println(annotation1.value());
Field field = c1.getDeclaredField("id");
System.out.println(field);
//获得字段的注解
FieldKuang annotation2 = field.getAnnotation(FieldKuang.class);
//获得注解的参数信息
System.out.println(annotation2.columnName());
System.out.println(annotation2.length());
System.out.println(annotation2.type());
}
}
//学生的实体类
//db : database -->数据库
@TableKuang("db_student")
class Student2{
@FieldKuang(columnName = "id",type = "int",length = 10)
private int id;
@FieldKuang(columnName = "db_age",type = "int",length = 3)
private int age;
@FieldKuang(columnName = "name",type = "varchar",length = 20)
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 + '\'' +
'}';
}
}
//表名-->类名的注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface TableKuang{
String value();
}
//字段类的注解
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface FieldKuang{
//参数类型 参数名
String columnName();//列名
String type();//类型
int length();//长度
}