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这篇文章将为大家详细讲解有关Java中的反射机制有什么用,小编觉得挺实用的,因此分享给大家做个参考,希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获。
(1)Java反射机制的核心是在程序运行时动态加载类并获取类的详细信息,从而操作类或对象的属性和方法。本质是JVM得到class对象之后,再通过class对象进行反编译,从而获取对象的各种信息。
(2)Java属于先编译再运行的语言,程序中对象的类型在编译期就确定下来了,而当程序在运行时可能需要动态加载某些类,这些类因为之前用不到,所以没有被加载到JVM。通过反射,可以在运行时动态地创建对象并调用其属性,不需要提前在编译期知道运行的对象是谁。
首先,我们拥有一个接口 X 及其方法 test,和两个对应的实现类 A、B:
public class Test { interface X { public void test(); } class A implements X{ @Override public void test() { System.out.println("I am A"); } } class B implements X{ @Override public void test() { System.out.println("I am B"); } }
通常情况下,我们需要使用哪个实现类就直接 new 一个就好了,看下面这段代码:
public class Test { ...... public static void main(String[] args) { X a = create1("A"); a.test(); X b = create1("B"); b.test(); } public static X create1(String name){ if (name.equals("A")) { return new A(); } else if(name.equals("B")){ return new B(); } return null; } }
按照上面这种写法,如果有成百上千个不同的 X 的实现类需要创建,那我们岂不是就需要写上千个 if 语句来返回不同的 X 对象?
我们来看看看反射机制是如何做的:
public class Test { public static void main(String[] args) { X a = create2("A"); a.test(); X b = create2("B"); b.testReflect(); } // 使用反射机制 public static X create2(String name){ Class<?> class = Class.forName(name); X x = (X) class.newInstance(); return x; } }
向 create2() 方法传入包名和类名,通过反射机制动态的加载指定的类,然后再实例化对象。
看完上面这个例子,相信诸位对反射有了一定的认识。反射拥有以下四大功能:
在运行时(动态编译)获知任意一个对象所属的类。
在运行时构造任意一个类的对象。
在运行时获知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方法和属性。
上述这种动态获取信息、动态调用对象的方法的功能称为 Java 语言的反射机制。
要想理解反射,首先要理解 Class 类,因为 Class 类是反射实现的基础。
在程序运行期间,JVM 始终为所有的对象维护一个被称为运行时的类型标识,这个信息跟踪着每个对象所属的类的完整结构信息,包括包名、类名、实现的接口、拥有的方法和字段等。可以通过专门的 Java 类访问这些信息,这个类就是 Class 类。我们可以把 Class 类理解为类的类型,一个 Class 对象,称为类的类型对象,一个 Class 对象对应一个加载到 JVM 中的一个 .class 文件。
在通常情况下,一定是先有类再有对象。以下面这段代码为例,类的正常加载过程是这样的:
import java.util.Date; // 先有类 public class Test { public static void main(String[] args) { Date date = new Date(); // 后有对象 System.out.println(date); } }
首先 JVM 会将你的代码编译成一个 .class 字节码文件,然后被类加载器(Class Loader)加载进 JVM 的内存中,同时会创建一个 Date 类的 Class 对象存到堆中(注意这个不是 new 出来的对象,而是类的类型对象)。JVM 在创建 Date 对象前,会先检查其类是否加载,寻找类对应的 Class 对象,若加载好,则为其分配内存,然后再进行初始化 new Date()。
需要注意的是,每个类只有一个 Class 对象,也就是说如果我们有第二条 new Date() 语句,JVM 不会再生成一个 Date 的 Class 对象,因为已经存在一个了。这也使得我们可以利用 == 运算符实现两个类对象比较的操作:
System.out.println(date.getClass() == Date.getClass()); // true
那么在加载完一个类后,堆内存的方法区就产生了一个 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 Class 对象看到类的结构,就好比一面镜子。所以我们形象的称之为:反射。
说的再详细点,再解释一下。上文说过,在通常情况下,一定是先有类再有对象,我们把这个通常情况称为 “正”。那么反射中的这个 “反” 我们就可以理解为根据对象找到对象所属的类(对象的出处)
Date date = new Date(); System.out.println(date.getClass()); // "class java.util.Date"
通过反射,也就是调用了 getClass() 方法后,我们就获得了 Date 类对应的 Class 对象,看到了 Date 类的结构,输出了 Date 对象所属的类的完整名称,即找到了对象的出处。当然,获取 Class 对象的方式不止这一种。
从 Class 类的源码可以看出,它的构造函数是私有的,也就是说只有 JVM 可以创建 Class 类的对象,我们不能像普通类一样直接 new 一个 Class 对象。
我们只能通过已有的类来得到一个 Class类对象,Java 提供了四种方式:
第一种:知道具体类的情况下可以使用:
Class alunbarClass = TargetObject.class;
但是我们一般是不知道具体类的,基本都是通过遍历包下面的类来获取 Class 对象,通过此方式获取 Class 对象不会进行初始化。
第二种:通过 Class.forName()传入全类名获取:
Class alunbarClass1 = Class.forName("com.xxx.TargetObject");
这个方法内部实际调用的是 forName0:
第 2 个 boolean 参数表示类是否需要初始化,默认是需要初始化。一旦初始化,就会触发目标对象的 static 块代码执行,static 参数也会被再次初始化。
第三种:通过对象实例 instance.getClass() 获取:
Date date = new Date(); Class alunbarClass2 = date.getClass(); // 获取该对象实例的 Class 类对象
第四种:通过类加载器 xxxClassLoader.loadClass() 传入类路径获取
class clazz = ClassLoader.LoadClass("com.xxx.TargetObject");
通过类加载器获取 Class 对象不会进行初始化,意味着不进行包括初始化等一些列步骤,静态块和静态对象不会得到执行。这里可以和 forName 做个对比。
上面我们介绍了获取 Class 类对象的方式,那么成功获取之后,我们就需要构造对应类的实例。下面介绍三种方法,第一种最为常见,最后一种大家稍作了解即可。
举个例子:
Date date1 = new Date(); Class alunbarClass2 = date1.getClass(); Date date2 = alunbarClass2.newInstance(); // 创建一个与 alunbarClass2 具有相同类类型的实例
创建了一个与 alunbarClass2 具有相同类类型的实例。
需要注意的是,newInstance方法调用默认的构造函数(无参构造函数)初始化新创建的对象。如果这个类没有默认的构造函数, 就会抛出一个异常。
由于不是所有的类都有无参构造函数又或者类构造器是 private 的,在这样的情况下,如果我们还想通过反射来实例化对象,Class.newInstance 是无法满足的。
此时,我们可以使用 Constructor 的 newInstance 方法来实现,先获取构造函数,再执行构造函数。
从上面代码很容易看出,Constructor.newInstance 是可以携带参数的,而 Class.newInstance 是无参的,这也就是为什么它只能调用无参构造函数的原因了。
大家不要把这两个 newInstance 方法弄混了。如果被调用的类的构造函数为默认的构造函数,采用Class.newInstance() 是比较好的选择, 一句代码就 OK;如果需要调用类的带参构造函数、私有构造函数等, 就需要采用 Constractor.newInstance()
Constructor.newInstance 是执行构造函数的方法。我们来看看获取构造函数可以通过哪些渠道,作用如其名,以下几个方法都比较好记也容易理解,返回值都通过 Cnostructor 类型来接收。
1)获取所有"公有的"构造方法
public Constructor[] getConstructors() { }
2)获取所有的构造方法(包括私有、受保护、默认、公有)
public Constructor[] getDeclaredConstructors() { }
1)获取一个指定参数类型的"公有的"构造方法
public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes) { }
2)获取一个指定参数类型的"构造方法",可以是私有的,或受保护、默认、公有
public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes) { }
举个例子:
package fanshe; public class Student { //(默认的构造方法) Student(String str){ System.out.println("(默认)的构造方法 s = " + str); } // 无参构造方法 public Student(){ System.out.println("调用了公有、无参构造方法执行了。。。"); } // 有一个参数的构造方法 public Student(char name){ System.out.println("姓名:" + name); } // 有多个参数的构造方法 public Student(String name ,int age){ System.out.println("姓名:"+name+"年龄:"+ age);//这的执行效率有问题,以后解决。 } // 受保护的构造方法 protected Student(boolean n){ System.out.println("受保护的构造方法 n = " + n); } // 私有构造方法 private Student(int age){ System.out.println("私有的构造方法年龄:"+ age); } } ---------------------------------- public class Constructors { public static void main(String[] args) throws Exception { // 加载Class对象 Class clazz = Class.forName("fanshe.Student"); // 获取所有公有构造方法 Constructor[] conArray = clazz.getConstructors(); for(Constructor c : conArray){ System.out.println(c); } // 获取所有的构造方法(包括:私有、受保护、默认、公有) conArray = clazz.getDeclaredConstructors(); for(Constructor c : conArray){ System.out.println(c); } // 获取公有、无参的构造方法 // 因为是无参的构造方法所以类型是一个null,不写也可以:这里需要的是一个参数的类型,切记是类型 // 返回的是描述这个无参构造函数的类对象。 Constructor con = clazz.getConstructor(null); Object obj = con.newInstance(); // 调用构造方法 // 获取私有构造方法 con = clazz.getDeclaredConstructor(int.class); System.out.println(con); con.setAccessible(true); // 为了调用 private 方法/域 我们需要取消安全检查 obj = con.newInstance(12); // 调用构造方法 } }
Objenesis 是一个开源库,和上述第二种方法一样,可以调用任意的构造函数,不过封装的比较简洁:
public class Test { // 不存在无参构造函数 private int i; public Test(int i){ this.i = i; } public void show(){ System.out.println("test..." + i); } } ------------------------ public static void main(String[] args) { Objenesis objenesis = new ObjenesisStd(true); Test test = objenesis.newInstance(Test.class); test.show(); }
使用非常简单,Objenesis 由子类 ObjenesisObjenesisStd实现。详细源码此处就不深究了,了解即可。
和获取构造函数差不多,获取成员变量也分批量获取和单个获取。返回值通过 Field 类型来接收。
1)获取所有公有的字段
public Field[] getFields() { }
2)获取所有的字段(包括私有、受保护、默认的)
public Field[] getDeclaredFields() { }
1)获取一个指定名称的公有的字段
public Field getField(String name) { }
2)获取一个指定名称的字段,可以是私有、受保护、默认的
public Field getDeclaredField(String name) { }
获取到成员变量之后,如何修改它们的值呢?
set 方法包含两个参数:
obj:哪个对象要修改这个成员变量
value:要修改成哪个值
举个例子:
package fanshe.field; public class Student { public Student(){ } public String name; protected int age; char sex; private String phoneNum; @Override public String toString() { return "Student [name=" + name + ", age=" + age + ", sex=" + sex + ", phoneNum=" + phoneNum + "]"; } } ---------------------------------- public class Fields { public static void main(String[] args) throws Exception { // 获取 Class 对象 Class stuClass = Class.forName("fanshe.field.Student"); // 获取公有的无参构造函数 Constructor con = stuClass.getConstructor(); // 获取私有构造方法 con = clazz.getDeclaredConstructor(int.class); System.out.println(con); con.setAccessible(true); // 为了调用 private 方法/域 我们需要取消安全检查 obj = con.newInstance(12); // 调用构造方法 // 获取所有公有的字段 Field[] fieldArray = stuClass.getFields(); for(Field f : fieldArray){ System.out.println(f); } // 获取所有的字段 (包括私有、受保护、默认的) fieldArray = stuClass.getDeclaredFields(); for(Field f : fieldArray){ System.out.println(f); } // 获取指定名称的公有字段 Field f = stuClass.getField("name"); Object obj = con.newInstance(); // 调用构造函数,创建该类的实例 f.set(obj, "刘德华"); // 为 Student 对象中的 name 属性赋值 // 获取私有字段 f = stuClass.getDeclaredField("phoneNum"); f.setAccessible(true); // 暴力反射,解除私有限定 f.set(obj, "18888889999"); // 为 Student 对象中的 phoneNum 属性赋值 } }
同样的,获取成员方法也分批量获取和单个获取。返回值通过 Method 类型来接收。
1)获取所有"公有方法"(包含父类的方法,当然也包含 Object 类)
public Method[] getMethods() { }
2)获取所有的成员方法,包括私有的(不包括继承的)
public Method[] getDeclaredMethods() { }
获取一个指定方法名和参数类型的成员方法:
public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
获取到方法之后该怎么调用它们呢?
invoke 方法中包含两个参数:
obj:哪个对象要来调用这个方法
args:调用方法时所传递的实参
举个例子:
package fanshe.method; public class Student { public void show1(String s){ System.out.println("调用了:公有的,String参数的show1(): s = " + s); } protected void show2(){ System.out.println("调用了:受保护的,无参的show2()"); } void show3(){ System.out.println("调用了:默认的,无参的show3()"); } private String show4(int age){ System.out.println("调用了,私有的,并且有返回值的,int参数的show4(): age = " + age); return "abcd"; } } ------------------------------------------- public class MethodClass { public static void main(String[] args) throws Exception { // 获取 Class对象 Class stuClass = Class.forName("fanshe.method.Student"); // 获取公有的无参构造函数 Constructor con = stuClass.getConstructor(); // 获取所有公有方法 stuClass.getMethods(); Method[] methodArray = stuClass.getMethods(); for(Method m : methodArray){ System.out.println(m); } // 获取所有的方法,包括私有的 methodArray = stuClass.getDeclaredMethods(); for(Method m : methodArray){ System.out.println(m); } // 获取公有的show1()方法 Method m = stuClass.getMethod("show1", String.class); System.out.println(m); Object obj = con.newInstance(); // 调用构造函数,实例化一个 Student 对象 m.invoke(obj, "小牛肉"); // 获取私有的show4()方法 m = stuClass.getDeclaredMethod("show4", int.class); m.setAccessible(true); // 解除私有限定 Object result = m.invoke(obj, 20); System.out.println("返回值:" + result); } }
优点: 比较灵活,能够在运行时动态获取类的实例。
缺点:
1)性能瓶颈:反射相当于一系列解释操作,通知 JVM 要做的事情,性能比直接的 Java 代码要慢很多。
2)安全问题:反射机制破坏了封装性,因为通过反射可以获取并调用类的私有方法和字段。
反射在我们实际编程中其实并不会直接大量的使用,但是实际上有很多设计都与反射机制有关,比如:
动态代理机制使用 JDBC 连接数据库Spring / Hibernate 框架(实际上是因为使用了动态代理,所以才和反射机制有关)
为什么说动态代理使用了反射机制,下篇文章会给出详细解释。
在 JDBC 的操作中,如果要想进行数据库的连接,则必须按照以下几步完成:
通过 Class.forName() 加载数据库的驱动程序 (通过反射加载)
通过 DriverManager 类连接数据库,参数包含数据库的连接地址、用户名、密码
通过 Connection 接口接收连接
关闭连接
public static void main(String[] args) throws Exception { Connection con = null; // 数据库的连接对象 // 1\. 通过反射加载驱动程序 Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); // 2\. 连接数据库 con = DriverManager.getConnection( "jdbc:mysql://localhost:3306/test","root","root"); // 3\. 关闭数据库连接 con.close(); }
反射机制是 Java 框架设计的灵魂,框架的内部都已经封装好了,我们自己基本用不着写。典型的除了Hibernate 之外,还有 Spring 也用到了很多反射机制,最典型的就是 Spring 通过 xml 配置文件装载 Bean(创建对象),也就是 Spring 的 IoC,过程如下:
加载配置文件,获取 Spring 容器
使用反射机制,根据传入的字符串获得某个类的 Class 实例
// 获取 Spring 的 IoC 容器,并根据 id 获取对象 public static void main(String[] args) { // 1.使用 ApplicationContext 接口加载配置文件,获取 spring 容器 ApplicationContext ac = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml"); // 2\. 使用反射机制,根据这个字符串获得某个类的 Class 实例 IAccountService aService = (IAccountService) ac.getBean("accountServiceImpl"); System.out.println(aService); }
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