【JAVA高级&反射】知识点整理

【JAVA高级&反射】知识点整理

概述

通过本篇笔记的整理,巩固 JAVA 基础体系中的 “反射机制” 的相关知识以及其应用场景等。

目录

主要内容

0x01:反射(Reflection)机制的概述

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。

类加载之后, 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, 我们形象的称为: 反射。

通常情况下,我们引入需要的 ”包类”名称,通过类的构造器的方式去实例化对象。而通过反射的机制,我们可以直接通过 Reflection API 去实例化对象,如下图所示

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

动态语言 vs 静态语言

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-CC#JavaScriptPHPPythonErlang

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 JavaCC++

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、 字节码操作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!

反射的举例

定义一个 Person

public class Person {

    private String name;
    public int age;

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

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

    public Person(String name, int age) {

        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    private Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Person() {
        System.out.println("Person()");
    }

    public void show(){
        System.out.println("你好,我是一个人");
    }

    private String showNation(String nation){
        System.out.println("我的国籍是:" + nation);
        return nation;
    }
}

使用反射之前,构建对象的过程如下

//反射之前,对于Person的操作
@Test
public void test1() {

    //1.创建Person类的对象
    Person p1 = new Person("Tom", 12);

    //2.通过对象,调用其内部的属性、方法
    p1.age = 10;
    System.out.println(p1.toString());

    p1.show();

    //在Person类外部,不可以通过Person类的对象调用其内部私有结构。
    //比如:name、showNation()以及私有的构造器
}

使用反射之后,构建对象的过程

//反射之后,对于Person的操作
@Test
public void test2() throws Exception{
    Class clazz = Person.class;
    //1.通过反射,创建Person类的对象
    Constructor cons = clazz.getConstructor(String.class,int.class);
    Object obj = cons.newInstance("Tom", 12);
    Person p = (Person) obj;
    System.out.println(p.toString());
    //2.通过反射,调用对象指定的属性、方法
    //调用属性
    Field age = clazz.getDeclaredField("age");
    age.set(p,10);
    System.out.println(p.toString());

    //调用方法
    Method show = clazz.getDeclaredMethod("show");
    show.invoke(p);
}

输出结果

Person{name='Tom', age=12}
Person{name='Tom', age=10}
你好,我是一个人

Process finished with exit code 0

在上述代码得基础上,加入以下的代码,通过反射可以调用类的 “私有结构”

System.out.println("*******************************");
//通过反射,可以调用Person类的私有结构的。比如:私有的构造器、方法、属性
//调用私有的构造器
Constructor cons1 = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
cons1.setAccessible(true);
Person p1 = (Person) cons1.newInstance("Jerry");
System.out.println(p1);

//调用私有的属性
Field name = clazz.getDeclaredField("name");
name.setAccessible(true);
name.set(p1,"HanMeimei");
System.out.println(p1);

//调用私有的方法
Method showNation = clazz.getDeclaredMethod("showNation", String.class);
showNation.setAccessible(true);
String nation = (String) showNation.invoke(p1,"中国");//相当于String nation = p1.showNation("中国")
System.out.println(nation);

输出结果

反射相关的主要API

  • java.lang.Class:

    通用的类,用于通用的描述其他类的信息。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

反射与“封装”的区别

提出一些疑问

疑问一:直接通过构造方法的创建的对象和反射的方式都可以调用公共的结构,开发中到底用那个?

在实际开发中,建议使用类提供的构造器去实例化对象。

什么时候才会以 “反射” 的方式去实例化对象?

在编译时不知道需要创建哪些类的对象,而是在程序运行后,根据用户所使用的功能,再去决定后台程序需要创建哪些对象。

疑问二:反射机制与面向对象中的封装性是不是矛盾的?如何看待两个技术?

不矛盾,封装型的作用是起到 “建议性” 的限制,如果有特殊的需求需要 “突破” 这些限制,则可以使用 “反射“ 来实现这些需求。

0x02:浅谈Class类

类的加载过程

程序代码经过 javac.exe 命令处理以后,会生成一个或多个字节码文件 ( 以 .class 结尾的问题)。接着我们使用 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。此过程就称为类的加载。加载到内存中的类,我们就称为运行时类,此运行时类,就作为Class 的一个实例。由此我们再回想之前讲到的 “万事万物皆对象” 的概念,所以 “类” 本身也是一个对象。如下图所示

换句话说,Class 的实例就对应着一个运行时类。

Class类常用的方法

方法名功能说明
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(String name,Class … paramTypes)返回一个Method对象,此对象的形参类型为paramType

获取Class类的实例

@Test
public void test3() throws ClassNotFoundException {
    //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:调用Class的静态方法:forName(String classPath)
    
    //使用频率最高,通过方式三更能通过“反射”来体现类在运行时的动态性
    Class clazz3 = Class.forName("com.atguigu.java.Person");
    //clazz3 = Class.forName("java.lang.String");
    System.out.println(clazz3);
    System.out.println(clazz1 == clazz2);
    System.out.println(clazz1 == clazz3);

    //方式四:使用类的加载器:ClassLoader  (了解)
    ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
    Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.atguigu.java.Person");
    System.out.println(clazz4);
    System.out.println(clazz1 == clazz4);
}

运行结果

class com.atguigu.java.Person
Person()
class com.atguigu.java.Person
class com.atguigu.java.Person
true
true
class com.atguigu.java.Person
true

Process finished with exit code 0

哪些类型(结构)可以有 Class 对象?

代码举例

//Class实例可以是哪些结构的说明:
@Test
public void test4(){
    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();
    // 只要数组的元素类型与维度一样,就是同一个Class
    System.out.println(c10 == c11);  //true
}

0x03:理解类的加载过程

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。

加载:

  • 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 <clinit>() 方法的过程。 类构造器<clinit>()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 <clinit>() 方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

观察下面的代码

public class ClassLoadingTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(A.m);
    }
}
class A {
    static {
        m = 300;
    }
    static int m = 100;
}
  • 第一步:将类 A 的实例加载到内存,并对应 Class 的一个实例

  • 第二步:链接结束后 m=0

  • 第三步:初始化后, m 的值由 <clinit>() 方法执行决定这个 A的类构造器 <clinit>() 方法由类变量的赋值和静态代码块中的语句按照顺序合并产生,类似于以下代码

    <clinit>(){
        m = 300;
        m = 100;
    }
    

什么时候会发生类初始化?

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

类的被动引用(不会发生类的初始化)

  • 当访问一个静态域时, 只有真正声明这个域的类才会被初始化
  • 当通过子类引用父类的静态变量, 不会导致子类初始化
  • 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)

0x03:浅谈ClassLoader

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。

如下代码

@Test
public void test1(){
    //对于自定义类,使用系统类加载器进行加载
    ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
    System.out.println(classLoader);
    //调用系统类加载器的getParent():获取扩展类加载器
    ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
    System.out.println(classLoader1);
    //调用扩展类加载器的getParent():无法获取引导类加载器
    //引导类加载器主要负责加载java的核心类库,无法加载自定义类的。
    ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
    System.out.println(classLoader2);
    ClassLoader classLoader3 = String.class.getClassLoader();
    System.out.println(classLoader3);
}

运行结果

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4a574795
null
null

Process finished with exit code 0

使用 ClassLoader 读取配置文件

@Test
public void test2() throws Exception {

    Properties pros =  new Properties();
    //此时的文件默认在当前的module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(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 = ClassLoaderTest.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);

}

0x04:反射的基本使用

创建运行时类的对象

通过反射创建对应的运行时类的对象

定义 Person 类

public class Person {

    private String name;
    public int age;

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

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

    public Person(String name, int age) {

        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    private Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Person() {
        System.out.println("Person()");
    }

    public void show(){
        System.out.println("你好,我是一个人");
    }

    private String showNation(String nation){
        System.out.println("我的国籍是:" + nation);
        return nation;
    }
}

测试用例

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

运行结果

Person()
Person{name='null', age=0}

Process finished with exit code 0

如果类中没有定义空参的构造器,newInsterce() 则会抛出异常,如下

总结得出,要想此方法正常的创建运行时类的对象,运行时类必须提供空参的构造器,并且访问权限通常需要是 public

  • 便于通过反射来创建运行时的对象
  • 便于子类继承此运行时类和默认调用 Super() 时,保证父类有此构造器。
  • 当类没有提供空参构造器时,我们仍然可以使用前面举例时提到的通过 getDeclaredConstructor() 等方法来获取运行时类的对象。

为了更能体现 “反射” 的动态性,在实际开发中的大部分情况下都会使用 newInsterce() 来获取类的运行时对象。

体会反射的动态性:在运行时创建指定的类对象

定义一个根据 “全类路径” 来构建运行时对象的方法

/*
    创建一个指定类的对象。
    classPath:指定类的全类名
     */
public Object getInstance(String classPath) throws Exception {
    Class clazz =  Class.forName(classPath);
    return clazz.newInstance();
}

循环随机创建10次对象

@Test
public void test2(){

    for(int i = 0;i < 10 ;i++){
        int num = new Random().nextInt(3);//0,1,2
        String classPath = "";
        switch(num){
            case 0:
                classPath = "java.util.Date";
                break;
            case 1:
                classPath = "java.lang.Object";
                break;
            case 2:
                classPath = "com.atguigu.java.Person";
                break;
        }

        try {
            Object obj = getInstance(classPath);
            System.out.println(obj);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }



}

输出结果

Thu Sep 17 10:29:44 CST 2020
Person()
Person{name='null', age=0}
Person()
Person{name='null', age=0}
Person()
Person{name='null', age=0}
Person()
Person{name='null', age=0}
Person()
Person{name='null', age=0}
Thu Sep 17 10:29:44 CST 2020
java.lang.Object@50134894
Person()
Person{name='null', age=0}
java.lang.Object@2957fcb0

Process finished with exit code 0

调用运行时类的 “完整结构”

准备工作

定义父类 Creature

public class Creature<T> implements Serializable {
    private char gender;
    public double weight;

    private void breath(){
        System.out.println("生物呼吸");
    }

    public void eat(){
        System.out.println("生物吃东西");
    }
}

定义注解 MyAnnotation

@Target({TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER, CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyAnnotation {
    String value() default "hello";
}

定义接口 MyInterface

public interface MyInterface {
    void info();
}

定义一个 Person

@MyAnnotation(value="hi")
public class Person extends Creature<String> implements Comparable<String>,MyInterface{

    private String name;
    int age;
    public int id;

    public Person(){}

    @MyAnnotation(value="abc")
    private Person(String name){
        this.name = name;
    }

    Person(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @MyAnnotation
    private String show(String nation){
        System.out.println("我的国籍是:" + nation);
        return nation;
    }

    public String display(String interests,int age) throws NullPointerException,ClassCastException{
        return interests + age;
    }


    @Override
    public void info() {
        System.out.println("我是一个人");
    }

    @Override
    public int compareTo(String o) {
        return 0;
    }

    private static void showDesc(){
        System.out.println("我是一个可爱的人");
    }

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

获取Person类的完整结构

1、获取属性的结构

  • class.getFields()

    获取当前运行时类声明为 public 的属性,包含父类的

  • class.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)

@Test
public void test1(){

    Class clazz = Person.class;

    //获取属性结构
    //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);
    }
}

运行结果

public int com.atguigu.java1.Person.id
public double com.atguigu.java1.Creature.weight

private java.lang.String com.atguigu.java1.Person.name
int com.atguigu.java1.Person.age
public int com.atguigu.java1.Person.id

Process finished with exit code 0

获取属性的权限修饰符、数据类型、变量名

//权限修饰符  数据类型 变量名
@Test
public void test2(){
    Class clazz = Person.class;
    Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
    for(Field f : declaredFields){
        //1.权限修饰符
        int modifier = f.getModifiers();
        System.out.print(Modifier.toString(modifier) + "\t");

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

        //3.变量名
        String fName = f.getName();
        System.out.print(fName);

        System.out.println();
    }
}

运行结果

private	java.lang.String	name
	int	age
public	int	id

Process finished with exit code 0

2、获取方法的内部结构

  • getMethods():

    获取当前运行时类及其所有父类中声明为public权限的方法

  • getDeclaredMethods():

    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)

@Test
public void test1(){
    Class clazz = Person.class;
    //getMethods():获取当前运行时类及其所有父类中声明为public权限的方法
    Method[] methods = clazz.getMethods();
    for(Method m : methods){
        System.out.println(m);
    }
    System.out.println();
    //getDeclaredMethods():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);
    }
}

运行结果

public java.lang.String com.atguigu.java1.Person.toString()
public int com.atguigu.java1.Person.compareTo(java.lang.String)
public int com.atguigu.java1.Person.compareTo(java.lang.Object)
public void com.atguigu.java1.Person.info()
public java.lang.String com.atguigu.java1.Person.display(java.lang.String,int) throws java.lang.NullPointerException,java.lang.ClassCastException
public void com.atguigu.java1.Creature.eat()
public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
public native int java.lang.Object.hashCode()
public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
public final native void java.lang.Object.notify()
public final native void java.lang.Object.notifyAll()

public java.lang.String com.atguigu.java1.Person.toString()
public int com.atguigu.java1.Person.compareTo(java.lang.String)
public int com.atguigu.java1.Person.compareTo(java.lang.Object)
public void com.atguigu.java1.Person.info()
private static void com.atguigu.java1.Person.showDesc()
private java.lang.String com.atguigu.java1.Person.show(java.lang.String)
public java.lang.String com.atguigu.java1.Person.display(java.lang.String,int) throws java.lang.NullPointerException,java.lang.ClassCastException

Process finished with exit code 0

获取方法的权限修饰符、返回值类型、方法名、参数列表、抛出的异常等

@Test
public void test2(){
    Class clazz = Person.class;
    Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
    for(Method m : declaredMethods){
        //1.获取方法声明的注解
        Annotation[] annos = m.getAnnotations();
        for(Annotation a : annos){
            System.out.println(a);
        }

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

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

        //4.方法名
        System.out.print(m.getName());
        System.out.print("(");
        //5.形参列表
        Class[] parameterTypes = m.getParameterTypes();
        if(!(parameterTypes == null && 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(")");

        //6.抛出的异常
        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.print(exceptionTypes[i].getName());
                    break;
                }

                System.out.print(exceptionTypes[i].getName() + ",");
            }
        }
        System.out.println();
    }

}

运行结果

3、获取构造器的结构

  • getConstructors():

    获取当前运行时类中声明为 public 的构造器

  • getDeclaredConstructors():

    获取当前运行时类中声明的所有的构造器

@Test
public void test1(){
    Class 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的构造器
    Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
    for(Constructor c : declaredConstructors){
        System.out.println(c);
    }

}

运行结果

public	java.lang.String	toString()
public	int	compareTo(java.lang.String args_0)
public volatile	int	compareTo(java.lang.Object args_0)
public	void	info()
public	java.lang.String	display(java.lang.String args_0,int args_1)throws java.lang.NullPointerException,java.lang.ClassCastException
@com.atguigu.java1.MyAnnotation(value=hello)
private	java.lang.String	show(java.lang.String args_0)
private static	void	showDesc()

Process finished with exit code 0

4、获取运行时类的父类信息

获取运行时的父类

@Test
public void test2(){
    Class clazz = Person.class;

    Class superclass = clazz.getSuperclass();
    System.out.println(superclass);
    //class com.atguigu.java1.Creature
}

获取运行时类的带泛型的父类

@Test
public void test3(){
    Class clazz = Person.class;
    Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
    System.out.println(genericSuperclass);
    //com.atguigu.java1.Creature<java.lang.String>
}

获取运行时类的带泛型的父类的泛型

@Test
public void test4(){
    Class clazz = Person.class;

    Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
    ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
    //获取泛型类型
    Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();
    //        System.out.println(actualTypeArguments[0].getTypeName());
    System.out.println(((Class)actualTypeArguments[0]).getName());
    //输出结果:java.lang.String
}

5、获取运行时类的接口、所在包、注解

获取运行时类的接口

@Test
    public void test5(){
        Class clazz = Person.class;

        Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
        for(Class c : interfaces){
            System.out.println(c);
        }

        System.out.println();
        //获取运行时类的父类实现的接口
        Class[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
        for(Class c : interfaces1){
            System.out.println(c);
        }

    }

输出结果

interface java.lang.Comparable
interface com.atguigu.java1.MyInterface

interface java.io.Serializable

Process finished with exit code 0

获取运行时类所在包

@Test
public void test6(){
    Class clazz = Person.class;

    Package pack = clazz.getPackage();
    System.out.println(pack);
    //package com.atguigu.java1
}

获取运行时类的注解信息

@Test
public void test7(){
    Class clazz = Person.class;

    Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
    for(Annotation annos : annotations){
        System.out.println(annos);
    }
    //输出结果: @com.atguigu.java1.MyAnnotation(value=hi)

}

调用运行时类的"指定结构"

1、获取指定方法

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

过程如下图

代码实现

1、在Person类中新增一个静态方法

private static void showDesc(){
    System.out.println("我是一个静态方法");
}

2、具体实现

@Test
public void testMethod() throws Exception {

    Class clazz = Person.class;

    //创建运行时类的对象
    Person p = (Person) clazz.newInstance();

    /*
1.获取指定的某个方法
getDeclaredMethod():参数1 :指明获取的方法的名称  参数2:指明获取的方法的形参列表
*/
    Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);
    //2.保证当前方法是可访问的
    show.setAccessible(true);

    /*
3. 调用方法的invoke():参数1:方法的调用者  参数2:给方法形参赋值的实参
invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值。
*/
    Object returnValue = show.invoke(p,"CHN"); //String nation = p.show("CHN");
    System.out.println(returnValue);

    System.out.println("*************如何调用静态方法*****************");

    // private static void showDesc()

    Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
    showDesc.setAccessible(true);
    //如果调用的运行时类中的方法没有返回值,则此invoke()返回null
    //        Object returnVal = showDesc.invoke(null);
    Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
    System.out.println(returnVal);//null

}

输出结果

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()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 class.getDeclaredField

@Test
public void testField1() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;

    //创建运行时类的对象
    Person p = (Person) clazz.newInstance();

    //1. getDeclaredField(String fieldName):获取运行时类中指定变量名的属性
    Field name = clazz.getDeclaredField("name");

    //2.保证当前属性是可访问的
    name.setAccessible(true);
    //3.获取、设置指定对象的此属性值
    name.set(p,"Tom");

    System.out.println(name.get(p));
}

输出结果

3、获取指定的构造器

调用运行时类中的指定的构造器

  • class.getDeclaredConstructor()
@Test
public void testConstructor() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;

    //private Person(String name)
    /*
        1.获取指定的构造器
        getDeclaredConstructor():参数:指明构造器的参数列表
         */

    Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);

    //2.保证此构造器是可访问的
    constructor.setAccessible(true);

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

}

输出结果

Person{name='Tom', age=0, id=0}

Process finished with exit code 0

4、关于setAccessible

  • MethodFieldConstructor 对象都有 setAccessible()方法。
  • setAccessible 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。

0x05:动态代理(反射的应用)

"静态代理" 概述

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。

在接触 “反射” 之前,代理机制的操作都属于静态代理,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,在程序开发中必然产生过多的代理。 在实际开发只,我们最好可以通过一个代理类完成全部的代理功能。

要想实现动态代理,需要解决以下两点问题

  • 如何动态的创建对象: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。
  • 如何动态的调用方法:当通过代理类的对象调用方法 A 时,如何动态的去调用被代理类中的同名方法 A

通过下面的案例,我们来进一步的理解上述的内容

静态代理举例

interface ClothFactory{

    void produceCloth();

}

//代理类
class ProxyClothFactory implements ClothFactory{

    private ClothFactory factory;//用被代理类对象进行实例化

    public ProxyClothFactory(ClothFactory factory){
        this.factory = factory;
    }

    @Override
    public void produceCloth() {
        System.out.println("代理工厂做一些准备工作");

        factory.produceCloth();

        System.out.println("代理工厂做一些后续的收尾工作");

    }
}

//被代理类
class NikeClothFactory implements ClothFactory{

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

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

        proxyClothFactory.produceCloth();

    }
}

执行结果

代理工厂做一些准备工作
Nike工厂生产一批运动服
代理工厂做一些后续的收尾工作

Process finished with exit code 0

"动态代理" 概述

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去处理,这样,我们可以更加灵活和统一的处理众多的方法。

动态代理举例

新建一个 MyInvocationHandler 类,并实现 InvocationHandler 类中的 invoke 方法,此 invoke 表示的是被代理对象实际被调用的方法,实现当调用 “代理对象” 的方法时,实际调用的是 “被代理对象” 的方法。

class MyInvocationHandler implements InvocationHandler{

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

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

    //当我们通过代理类的对象,调用方法a时,就会自动的调用如下的方法:invoke(),具体的在newProxyInstance()中实现
    //将被代理类要执行的方法a的功能就声明在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,此方法也就作为了被代理类对象要调用的方法
        //obj:被代理类的对象
        Object returnValue = method.invoke(obj,args);

        //上述方法的返回值就作为当前类中的invoke()的返回值。
        return returnValue;

    }
}

构建一个 ProxyFactory 类,并提供一个 getProxyInstance() 方法,该方法用于接收 “被代理类” 的对象,并返回一个代理类的对象。实现动态代理

class ProxyFactory{
    //调用此方法,返回一个代理类的对象。解决问题一
    public static Object getProxyInstance(Object obj){//obj:被代理类的对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();

        handler.bind(obj);

        return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),obj.getClass().getInterfaces(),handler);
    }

}

测试动态代理的效果

  • 预期效果:传入一个 “被代理类” 的对象,得到一个 “代理类的对象”,并使用代理类的对象调用 “被代理类” 的方法。
public class ProxyTest {

    public static void main(String[] args) {
        SuperMan superMan = new SuperMan();
        //proxyInstance:代理类的对象
        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
        String belief = proxyInstance.getBelief();
        System.out.println(belief);
        proxyInstance.eat("四川麻辣烫");

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

        NikeClothFactory nikeClothFactory = new NikeClothFactory();

        ClothFactory proxyClothFactory = (ClothFactory) ProxyFactory.getProxyInstance(nikeClothFactory);

        proxyClothFactory.produceCloth();

    }
}

输出结果

I believe I can fly!
我喜欢吃四川麻辣烫
*****************************
Nike工厂生产一批运动服

Process finished with exit code 0

NikeClothFactory类为上述举例 “静态代理” 时所创建的。

动态代理结合AOP

AOP:面向切面编程的思想

前面介绍的 ProxyInvocationHandler,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。

我们观察以下的图片

如果需要在多个代码段中实现同一个功能,在这之前们可以将这个功能封装成一个 "方法A",并在每个代码段中调用,但是这几个代码段又和一个特定的 "方法A" 耦合了!最理想的效果是:多个代码段既可以执行"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。

要上实现上述的效果,我们可以定义一个通用的工具类,编写通用的方法,在 “代理类” 在执行 “被代理类” 的方法的前后,执行这些通用的方法,以实现我们动态代理的效果。如下图所示

现在,我们定义一个 HumanUtil 类,提供两个通用的方法

class HumanUtil{

    public void method1(){
        System.out.println("====================通用方法一====================");

    }

    public void method2(){
        System.out.println("====================通用方法二====================");
    }

}

修改我们前面定义的 MyInvocationHandler 类中所实现的 invoke 方法

@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

    HumanUtil util = new HumanUtil();

    //在执行"被代理类"的方法前执行我们的通用方法
    util.method1();  
    
    //method:即为代理类对象调用的方法,此方法也就作为了被代理类对象要调用的方法
    //obj:被代理类的对象
    Object returnValue = method.invoke(obj,args);

    util.method2();

    //上述方法的返回值就作为当前类中的invoke()的返回值。
    return returnValue;

}

再次执行"动态代理"的测试代码,输出结果如下

从上述的执行结果可以看出,在每次执行 “被代理类” 的方法时,都会执行我们自定义的通用方法。

总结

通过本章节的知识点整理,巩固了 JAVA 基础体系中有关 “反射” 的理论知识以及常见的应用场景,为后续学习 Spring 等框架的底层原理时奠定了基础。

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Links: https://codeyee.com/archives/java-reflection.html