Java 反射
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Java 反射

java 反射

Reflection is a feature in the Java programming language. It allows an executing Java program to examine or “introspect” upon itself, and manipulate internal properties of the program. For example, it’s possible for a Java class to obtain the names of all its members and display them.

The ability to examine and manipulate a Java class from within itself may not sound like very much, but in other programming languages this feature simply doesn’t exist. For example, there is no way in a Pascal, C, or C++ program to obtain information about the functions defined within that program.

One tangible use of reflection is in JavaBeans, where software components can be manipulated visually via a builder tool. The tool uses reflection to obtain the properties of Java components (classes) as they are dynamically loaded.

类加载器

当程序有使用某个类时，如果该类还没有被加载到内存中，则系统会通过加载，连接，初始化三步来实现对这个类进行初始化

  • 加载
    • 就是指将class文件读入内存，并为之创建一个Class对象，任何类被使用时系统都会建立一个Class对象
  • 连接
    • 验证：是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致
    • 准备：负责为类的静态成员分配内存，并设置默认初始化值
    • 解析：将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用
  • 初始化
    • 对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作

类初始化时机

  • 创建类的实例
  • 类的静态变量，或者为静态变量赋值
  • 类的静态方法
  • 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象
  • 初始化某个类的子类
  • 直接使用java.exe命令来运行某个主类

类加载器作用

  • 负责将.class文件加载到内在中，并为之生成对应的Class对象
  • 虽然我们不需要关心类加载机制，但是了解这个机制我们就能更好的理解程序的运行

类加载器的组成

  • Bootstrap ClassLoader 根类加载器
    也被称为引导类加载器，负责Java核心类的加载
    比如System，String等。在 JDK 中 JRE 的 lib 目录下 rt.jar 文件中
  • Extension ClassLoader 扩展类加载器
    负责 JRE 的扩展目录中 jar 包的加载。
    在 JDK 中 JRE 的 lib 目录下 ext 目录
  • System ClassLoader 系统类加载器
    负责在JVM启动时加载来自java命令的class文件，以及classpath环境变量所指定的jar包和类路径

通过这些描述就可以知道我们常用的类，都是由谁来加载完成的。

到目前为止我们已经知道把class文件加载到内存了，那么，如果我们仅仅站在这些class文件的角度，我们如何来使用这些class文件中的内容呢?

这就是我们反射要研究的内容

反射

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。

Class类

阅读API的Class类得知，Class 没有公共构造方法。Class 对象是在加载类时由 Java 虚拟机以及通过调用类加载器中的 defineClass 方法自动构造的。

获取Class对象的三种方式

方式一: 通过Object类中的getObject()方法

Person p = new Person();
Class c = p.getClass();

方式二: 通过 类名.class 获取到字节码文件对象（任意数据类型都具备一个class静态属性,看上去要比第一种方式简单）

Class c2 = Person.class;

方式三: 通过Class类中的方法（将类名作为字符串传递给Class类中的静态方法forName即可）

Class c3 = Class.forName("cn.cuzz.Person");

注意：第三种和前两种的区别

前两种你必须明确Person类型。

后面是指定这种类型的字符串就行(要包含包名)，这种扩展更强，我不需要知道你的类，我只提供字符串，按照配置文件加载就可以了。

Person类

public class Person {
    // 成员变量
    public String name;
    public int age;
    private String address;

    // 构造方法
    public Person() {
        System.out.println("空参数构造方法");
    }
    
    public Person(String name) {
        this.name = name;
        System.out.println("带有String的构造方法");
    }
    // 私有的构造方法
    private Person(String name, int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
        System.out.println("带有String，int的构造方法");
    }
    
    public Person(String name, int age, String address){
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
        System.out.println("带有String, int, String的构造方法");
    }
    
    // 成员方法
    // 没有返回值没有参数的方法
    public void method1(){
        System.out.println("没有返回值没有参数的方法");
    }
    // 没有返回值，有参数的方法
    public void method2(String name){
        System.out.println("没有返回值，有参数的方法 name= "+ name);
    }
    // 有返回值，没有参数
    public int method3(){
        System.out.println("有返回值，没有参数的方法");
        return 123;
    }
    // 有返回值，有参数的方法
    public String method4(String name){
        System.out.println("有返回值，有参数的方法");
        return "哈哈" + name;
    }
    // 私有方法
    private void method5(){
        System.out.println("私有方法");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name + ", age=" + age + ", address=" + address+ "]";
    }
}

通过反射获取构造方法并使用

在反射机制中，把类中的成员（构造方法、成员方法、成员变量）都封装成了对应的类进行表示。其中，构造方法使用类Constructor表示。可通过Class类中提供的方法获取构造方法：

  • 返回一个构造方法
    • public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) 获取public修饰, 指定参数类型所对应的构造方法
    • public Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) 获取指定参数类型所对应的构造方法(包含私有的)
  • 返回多个构造方法
    • public Constructor<?>[] getConstructors() 获取所有的public 修饰的构造方法
    • public Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() 获取所有的构造方法(包含私有的)
package cn.cuzz;

import java.lang.reflect.Constructor;

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException {
        // 获取Class对象 包名.类
        Class c = Class.forName("cn.cuzz.Person");
        
        // 获取所有构造方法
        // 只包括public
        Constructor[] cons = c.getConstructors();
        // 即包括public也包括private
        Constructor[] conss = c.getDeclaredConstructors();
        
        // 获取一个构造方法
        // public Person() 
        Constructor con1 = c.getConstructor(null);
        System.out.println(con1);
        
        // public Person(String name)
        Constructor con2 = c.getConstructor(String.class);
        System.out.println(con2);
        
        // private Person(String name, int age)
        Constructor con3 = c.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        System.out.println(con3);
        
        // public Person(String name, int age, String address)
        Constructor con4 = c.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, String.class);
        System.out.println(con4);
    }
}

通过反射方式，获取构造方法，创建对象

获取构造方法，步骤如下：

  • 获取到Class对象
  • 获取指定的构造方法
  • 通过构造方法类Constructor中的方法，创建对象public T newInstance(Object... initargs)
package cn.cuzz;

import java.lang.reflect.Constructor;

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.cuzz.Person");
        
        // 获取指定构造器
        Constructor con =  c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
        
        // 通过构造方法中的Constructor的方法 创建对象
        Object obj = con.newInstance("cuzz", 18, "武汉");
        
        System.out.println(obj);  // Person [name=cuzz, age=18, address=武汉]
    }
}

通过反射获取成员变量并使用

在反射机制中，把类中的成员变量使用类Field表示。可通过Class类中提供的方法获取成员变量：

  • 返回一个成员变量
    • public Field getField(String name) 获取指定的public修饰的变量
    • public Field getDeclaredField(String name) 获取指定的任意变量
  • 返回多个成员变量
    • public Field[] getFields() 获取所有public 修饰的变量
    • public Field[] getDeclaredFields() 获取所有的 变量 (包含私有)
package cn.cuzz;

import java.lang.reflect.Field;

public class Test3 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.cuzz.Person");
        
        // 获取多个成员变量
        Field[] fields = c.getFields();
        Field[] fieldss =  c.getDeclaredFields();
        
        // 一个变量
        // public int age
        Field ageField = c.getField("age");
        System.out.println(ageField);       // public int cn.cuzz.Person.age
        
        // private String address
        Field addressField = c.getDeclaredField("address");
        System.out.println(addressField);   // private java.lang.String cn.cuzz.Person.address
    }
}

通过反射，创建对象，获取指定的成员变量，进行赋值与获取值操作

获取成员变量，步骤如下：

  • 获取Class对象
  • 获取构造方法
  • 通过构造方法，创建对象
  • 获取指定的成员变量（私有成员变量，通过setAccessible(boolean flag)方法暴力访问）
  • 通过方法，给指定对象的指定成员变量赋值或者获取值
    public void set(Object obj, Object value)在指定对象obj中，将此 Field 对象表示的成员变量设置为指定的新值
    public Object get(Object obj)返回指定对象obj中，此 Field 对象表示的成员变量的值
package cn.cuzz;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;

public class Test4 {
    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, Exception {
        // 获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.cuzz.Person");
        
        // 获取构造方法
        Constructor con = c.getConstructor(String.class);
        
        // 通过构造方法 创建对象
        Object obj = con.newInstance("cuzz");
        
        // 获取指定成员变量
        // public String name
        Field nameField = c.getField("name");
        // public int age
        Field ageField = c.getField("age");
        
        // 赋值
        nameField.set(obj, "Cuzz");
        ageField.set(obj, 23);
        
        System.out.println("name = "+ nameField.get(obj)); // name = Cuzz
        System.out.println("age = "+ ageField.get(obj));   // age = 23
    }
}

通过反射获取成员方法并使用

在反射机制中，把类中的成员方法使用类Method表示。可通过Class类中提供的方法获取成员方法：

  • 返回获取一个方法：
    • public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) 获取 public 修饰的方法
    • public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) 获取任意的方法，包含私有的
    • 参数1: name 要查找的方法名称； 参数2： parameterTypes 该方法的参数类型
  • 返回获取多个方法：
    • public Method[] getMethods() 获取本类与父类中所有public 修饰的方法
    • public Method[] getDeclaredMethods() 获取本类中所有的方法(包含私有的)
package cn.cuzz;

import java.lang.reflect.Method;

public class Test5 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.cuzz.Person");
        
        // 获取多个方法
        Method[] methods = c.getMethods();
        Method[] methodss = c.getDeclaredMethods();
        
        // 获取一个方法：
        // public void method1()
        Method method = c.getMethod("method1", null);
        System.out.println(method);
        
        // public String method4(String name){
        method = c.getMethod("method4", String.class);
        System.out.println(method);
        
        // 私有方法
        // private void method5()
        method = c.getDeclaredMethod("method5", null);
        System.out.println(method);
    }
}

通过反射，创建对象，调用指定的方法

获取成员方法，步骤如下：

  • 获取Class对象
  • 获取构造方法
  • 通过构造方法，创建对象
  • 获取指定的方法
  • 执行找到的方法(如果获取的是私有方法则要开启暴力访问m5.setAccessible(true))
    public Object invoke(Object obj, Object... args) 执行指定对象obj中，当前Method对象所代表的方法，方法要传入的参数通过args指定
package cn.cuzz;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Method;

public class Test6 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.cuzz.Person");
        
        // 获取指定构造器
        Constructor con =  c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
        
        // 通过构造方法中的Constructor的方法 创建对象
        Object obj = con.newInstance("cuzz", 18, "武汉");
        
        // 获取指定的方法
        Method m4 = c.getMethod("method4", String.class);
        
        // 执行找到的方法
        Object result = m4.invoke(obj, "2018/03/19");
        
        System.out.println("result = " + result); // result = 哈哈2018/03/19
    }
}

反射练习

下面展示一下反射的利用场景。

泛型擦除

思考，将已存在的ArrayList<Integer>集合中添加一个字符串数据，如何实现呢？

我来告诉大家，其实程序编译后产生的.class文件中是没有泛型约束的，这种现象我们称为泛型的擦除。那么，我们可以通过反射技术，来完成向有泛型约束的集合中，添加任意类型的元素。

package cn.cuzz;

import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;

public class Test7 {
    public static void main(String[] args) throws Exception, SecurityException {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        
        // 添加元素
        list.add("cuzz");
        // list.add(23);  报错
        
        // 通过反射技术，实现添加任意类型的元素
        
        // 获取字节码文件对象
        Class c = Class.forName("java.util.ArrayList");
        
        // 找到add()方法
        Method addMethod = c.getMethod("add", Object.class);
        
        // 执行add()方法
        addMethod.invoke(list, 23);
        
        System.out.println(list); //[cuzz, 23]
    }
}

反射配置文件

通过配置文件得到类名和要运行的方法名,用反射的操作类名得到对象和调用方法

实现步骤:

  • 准备配置文件,键值对
  • IO流读取配置文件 Reader
  • 文件中的键值对存储到集合中 Properties
    集合保存的键值对,就是类名和方法名
  • 反射获取指定类的class文件对象
  • class文件对象,获取指定的方法
  • 运行方法
public class Test8 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // IO流读取配置文件
        FileReader r = new FileReader("config.properties");
        // 创建集合对象
        Properties pro = new Properties();
        // 调用集合方法load,传递流对象
        pro.load(r);
        r.close();
        // 通过键获取值
        String className = pro.getProperty("className");
        String methodName = pro.getProperty("methodName");
        // 反射获取指定类的class文件对象
        Class c = Class.forName(className);
        Object obj = c.newInstance();
        // 获取指定的方法名
        Method method = c.getMethod(methodName);
        method.invoke(obj);
    }
}

配置文件

# className=cn.cuzz.Student
# methodName=study
className=cn.cuzz.Teacher
methodName=teach
# className=cn.cuzz.Worker
# methodName=work
#

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