反射的概念

一、概念

Java让我们在运行时识别对象和类的信息,主要有两种方式:

一种是传统的RTTI(Run-Time Type Identification),它假定我们在编译时已经知道了所有的类型信息;另一种是反射机制,它允许我们在运行时发现和使用类的信息。使用的前提条件:必须先得到代表的字节码的Class,Class类用于表示.class文件(字节码)。

Java反射机制是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法和属性;这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为Java语言的反射机制。

要想解剖一个类,必须先要获取到该类的字节码文件对象,而解剖使用的就是Class类中的方法,所以先要获取到每一个字节码文件对应的Class类型的对象。 反射就是把Java类中的各种成分映射成一个个的Java对象。

例如一个类有:成员变量、方法、构造方法、包等等信息,利用反射技术可以对一个类进行解剖,把各个组成部分映射成一个个对象。

在加载的时候,Class对象的由来是将class文件读入内存,并为之创建一个Class对象。反射的原理即在于这个Class对象

二、反射的理解

一般情况下,我们使用某个类时必定知道它是什么类,是用来做什么的。于是我们直接对这个类进行实例化,之后使用这个类对象进行操作。如:

Phone phone = new Phone();
phone.setPrice(4);

而反射则是一开始并不知道我要初始化的类对象是什么,自然也无法使用 new 关键字来创建对象了。

这时候,我们使用 JDK 提供的反射 API 进行反射调用:

Class clz = Class.forName("com.xxx.reflect.Phone");
Method method = clz.getMethod("setPrice", int.class);
Constructor constructor = clz.getConstructor();
Object object = constructor.newInstance();
method.invoke(object, 4);

上面两段代码的执行结果,其实是完全一样的。但是其思路完全不一样,第一段代码在未运行时就已经确定了要运行的类(Phone),而第二段代码则是在运行时通过字符串值才得知要运行的类(com.xxx.reflect.Phone)。

所以反射就是在运行时才知道要操作的类是什么,并且可以在运行时获取类的完整构造,并调用对应的方法。

一个简单的例子:
上面提到的示例程序,其完整的程序代码如下:

public class Phone {
    private int price;
    public int getPrice() {
        return price;
    }
    public void setPrice(int price) {
        this.price = price;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //正常的调用
        Phone phone = new Phone();
        phone.setPrice(5000);
        System.out.println("Phone Price:" + phone.getPrice());
        //使用反射调用
       //获取类的 Class 对象实例
        Class clz = Class.forName("com.xxp.api.Phone");
        //获取方法的 Method 对象
        Method setPriceMethod = clz.getMethod("setPrice", int.class);
        //使用 Constructor 对象的 newInstance 方法获取反射类对象
        Constructor phoneConstructor = clz.getConstructor();
        //使用 Constructor 对象的 newInstance 方法获取反射类对象
        Object phoneObj = phoneConstructor.newInstance();
        //利用 invoke 方法调用方法
        setPriceMethod.invoke(phoneObj, 6000);
        //获取方法的 Method 对象
        Method getPriceMethod = clz.getMethod("getPrice");
        System.out.println("Phone Price:" + getPriceMethod.invoke(phoneObj));
    }
}

从代码中可以看到我们使用反射调用了 setPrice 方法,并传递了 6000 的值。之后使用反射调用了 getPrice 方法,输出其价格。上面的代码整个的输出结果是:

Phone Price:5000
Phone Price:6000
从这个简单的例子可以看出,一般情况下我们使用反射获取一个对象的步骤



 

new对象和反射得到对象的区别

  1. 在使用反射的时候,必须确保这个类已经加载并已经连接了。使用new的时候,这个类可以没有被加载,也可以已经被加载。
  2. new关键字可以调用任何public构造方法,而反射只能调用无参构造方法。
  3. new关键字是强类型的,效率相对较高。 反射是弱类型的,效率低。
  4. 反射提供了一种更加灵活的方式创建对象,得到对象的信息。如Spring中AOP等的使用,动态代理的使用,都是基于反射的。解耦。

三、反射常用的API

在 JDK 中,反射相关的 API 可以分为下面几个方面:

1. 获取反射中的Class对象

在反射中,要获取一个类或调用一个类的方法,我们首先需要获取到该类的 Class 对象。在 Java API 中,获取 Class 类对象有三种方法:

1)使用 Class.forName 静态方法。当知道某类的全路径名时,可以使用此方法获取 Class 类对象。用的最多,但可能抛出 ClassNotFoundException 异常。

Class c1 = Class.forName("java.lang.String");

2)直接通过 类名.class 的方式得到。该方法最为安全可靠,程序性能更高。这说明任何一个类都有一个隐含的静态成员变量 class。这种方法只适合在编译前就知道操作的 Class。

Class c2 = String.class;

3)通过对象调用 getClass() 方法来获取。通常应用在:比如你传过来一个 Object类型的对象,而我不知道你具体是什么类,用这种方法。

String str = new String("Hello");
Class c3 = str.getClass();

需要注意的是:一个类在 JVM 中只会有一个 Class 实例,即我们对上面获取的 c1、c2和c3进行 equals 比较,发现都是true。

2. 通过反射创建类对象

通过反射创建类对象主要有两种方式:

1)通过 Class 对象的 newInstance() 方法。

Class clz = Phone.class;
Phone phone = (Phone)clz.newInstance();

2)通过 Constructor 对象的 newInstance() 方法。

Class clz = Phone.class;
Constructor constructor = clz.getConstructor();
Phone phone= (Phone)constructor.newInstance();

通过 Constructor 对象创建类对象可以选择特定构造方法,而通过 Class 对象则只能使用默认的无参数构造方法。下面的代码就调用了一个有参数的构造方法进行了类对象的初始化。

Class clz = Phone.class;
Constructor constructor = clz.getConstructor(String.class, int.class);
Phone phone = (Phone)constructor.newInstance("华为",6666);

3. 通过反射获取类属性、方法、构造器

我们通过 Class 对象的 getFields() 方法可以获取 Class 类的属性,但无法获取私有属性

Class clz = Phone.class;
Field[] fields = clz.getFields();
for (Field field : fields) {
    System.out.println(field.getName());
}

而如果使用 Class 对象的 getDeclaredFields() 方法则可以获取包括私有属性在内的所有属性

Class clz = Phone.class;
Field[] fields = clz.getDeclaredFields();
for (Field field : fields) {
    System.out.println(field.getName());
}

与获取类属性一样,当我们去获取类方法、类构造器时,如果要获取私有方法或私有构造器,则必须使用有 Declared 关键字的方法。

Class 其它常用方法:

  • getName():获得类的完整名字。
  • getFields():获得类的public类型的属性。
  • getDeclaredFields():获得类的所有属性。包括private 声明的和继承类。
  • getMethods():获得类的public类型的方法。
  • getDeclaredMethods():获得类的所有方法。包括private 声明的和继承类。
  • getMethod(String name, Class[] parameterTypes):获得类的特定方法,name参数指定方法的名字,parameterTypes 参数指定方法的参数类型。
  • getConstructors():获得类的public类型的构造方法。
  • getConstructor(Class[] parameterTypes):获得类的特定构造方法,parameterTypes 参数指定构造方法的参数类型。
  • newInstance():通过类的不带参数的构造方法创建这个类的一个对象。

四、反射源码解析

当我们懂得了如何使用反射后,今天我们就来看看 JDK 源码中是如何实现反射的。或许大家平时没有使用过反射,但是在开发 Web 项目的时候会遇到过下面的异常:

 

java.lang.NullPointerException 
...
sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
  at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:369)

可以看到异常堆栈指出了异常在 Method 的第 369 的 invoke 方法中,其实这里指的 invoke 方法就是我们反射调用方法中的 invoke。

 

Method method = clz.getMethod("setPrice", int.class); 
method.invoke(object, 6);   //就是这里的invoke方法

例如我们经常使用的 Spring 配置中,经常会有相关 Bean 的配置:

 

<bean class="com.xxp.Phone">
</bean>

当我们在 XML 文件中配置了上面这段配置之后,Spring 便会在启动的时候利用反射去加载对应的 Phone类。而当 Apple 类不存在或发生启发异常时,异常堆栈便会将异常指向调用的 invoke 方法。

从这里可以看出,我们平常很多框架都使用了反射,而反射中最重要的就是 Method 类的 invoke 方法了。

五、反射总结

我们知道反射机制允许程序在运行时取得任何一个已知名称的class的内部信息,包括包括其modifiers(修饰符),fields(属性),methods(方法)等,并可于运行时改变fields内容或调用methods。那么我们便可以更灵活的编写代码,代码可以在运行时装配,无需在组件之间进行源代码链接,降低代码的耦合度;还有动态代理的实现;JDBC原生代码注册驱动;hibernate 的实体类;Spring的AOP等等。但是凡事都有两面性,反射使用不当会造成很高的资源消耗!

六、new对象和反射得到对象的区别

  1. 在使用反射的时候,必须确保这个类已经加载并已经连接了。使用new的时候,这个类可以没有被加载,也可以已经被加载。
  2. new关键字可以调用任何public构造方法,而反射只能调用无参构造方法。
  3. new关键字是强类型的,效率相对较高。 反射是弱类型的,效率低。
  4. 反射提供了一种更加灵活的方式创建对象,得到对象的信息。如Spring 中AOP等的使用,动态代理的使用,都是基于反射的。解耦。
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