学过框架的必看—Java反射

反射作为 Java 的高级特性,很多框架中都用到了反射的知识,如 Spring,Hibernate等,通过配置就可以动态干预程序的运行,那么什么是反射呢?

要想理解 Java 反射,首先要弄清类的加载过程,比如这行代码 Person p = new Person();,我们想要创建一个 Person 对象,并用 p 作为对象的引用。在 Java 虚拟机会先执行类的加载,然后才生成对象(分配内存空间)。在类的加载过程中,类加载器负责把类编译好的 class (字节码)文件加入到内存中,并创建一个 Class 对象,这个对象是类 Class 的实例。也就是说,上面的一行的代码看似只是创建了一个 Person 对象,但是如果是第一次使用该类,也即类加载器还未把该类的 class 文件加载到内存中时,还会创建一个 Class 对象。

在 Java 中,一切都是对象。类是对一类对象的抽象,类是一个概念,而类本身也是一种对象,在 Java 中,它们是 Class 类的对象,当然方法、属性、注解也分别是 Method、Field、Annotation 的对象。这些类都是和反射相关的类,在 java.lang.reflect 包中可以找到。

我们怎么能干预程序运行期做的事情呢?比如创建一个在编译期不能确定的类。

我们用反射就可以做到了,反射是在运行期获取自身的信息,比如某个类的信息,从而可以动态的创建某个类的对象。上面的问题其实就是一个类在编译期是未知的,在运行期才能知道它究竟是什么类。JDBC 操作数据库第一步加载数据库驱动, Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");,这里是 MySQL 数据库,假如某一天我们想换成 Oracle 数据库,你可能会修改 forName() 方法中的参数为 Oracle 数据库驱动名。但其实我们还可以在不修改代码的情况下实现修改,就像大多数框架那样,我们可以使用个写个配置文件,forName() 方法中的参数在配置文件中动态读取,编译好的代码完全不用动,这里其实就是反射的一个应用。另外在我们写代码时,在对象后面敲一个 . ,IDE(如 Eclipse) 就会自动帮我们列出该对象有的方法,这里其实就是IDE使用了反射,通过对象找到该类对应的 Class 对象,从而就可以找到类中的属性和方法。

1、获取 Class 对象的三种方法

从上面的介绍中,可以看到这个 Class 对象是我们使用反射的关键,而得到这个对象有下面三种方式。

1、调用 Class 类的 forName() 静态方法 public static Class<?> forName(String className)

Class.forName("Person")

上面 JDBC 那里就是使用的这种方法。

2、调用类的隐藏类属性 class。

Person.class

3、使用对象来获取,调用祖先类 Object 中的方法,public final native Class<?> getClass()

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

无论是否显式声明继承,所有类都直接或间接继承自 Object。

推荐使用第二种方式来获取 Class 对象,因为在编译期就会检查该类是否存在,更加安全,并且因为没有方法调用,使用的是属性,所以性能也更高。

2、Class 对象中的方法

可以说我们得到了 Class 对象,就得到了这个类的所有信息了。想一想我们编写的类中有什么信息?如下面这个类

如果我们得到了 Class 对象,我们就得到了这个对象的一切信息,包括构造方法、属性、方法、注解。

1、获取属性的方法

public Field getField(String name)
public Field[] getFields()
public Field getDeclaredField(String name)
public Field[] getDeclaredFields()

name 为属性的名称

2、获取构造函数的方法

public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)
public Constructor<?>[] getConstructors()
public Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes)
public Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()

构造器在 Java 中也有对应的类 Constructor,parameterTypes 为参数的 Class 对象,这是一个可变参数。

3、获取普通函数的方法

public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
public Method[] getMethods()
public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
public Method[] getDeclaredMethods()

name 为方法的名称,parameterTypes 为参数的 Class 对象,这是一个可变参数。

4、获取注解的方法

public boolean isAnnotation()
public <A extends Annotation> A getAnnotation(Class<A> annotationClass)
public Annotation[] getAnnotations()
public <A extends Annotation> A getDeclaredAnnotation(Class<A> annotationClass)
public Annotation[] getDeclaredAnnotations()
public <A extends Annotation> A[] getAnnotationsByType(Class<A> annotationClass)
public <A extends Annotation> A[] getDeclaredAnnotationsByType(Class<A> annotationClass)

annotationClass 为对应的注解类。

5、其他常用方法

public String getName() // 返回 Class 对象表示的类型(类、接口、数组或基本类型)的完整路径名字符串
public T newInstance() // 此方法是 Java 语言 instanceof 操作的动态等价方法
public ClassLoader getClassLoader() // 获取该类的类加载器
public Class<? super T> getSuperclass() // 返回表示此 Class 所表示的实体(类、接口、基本类型或 void)的超类的 Class
public boolean isArray() // 如果 Class 对象表示一个数组则返回 true, 否则返回 false
public boolean isInterface() // 判定指定的 Class 对象是否表示一个接口类型
public boolean isPrimitive() // 判定指定的 Class 对象是否表示一个 Java 的基本类型

下面是测试代码:

Animal 类

public class Animal {
    public String name;
    protected String sex;
    private int age;

    public Animal() {

    }

    public void run() {
        System.out.println("动物在跑");
    }
}

Dog 类

public class Dog extends Animal{
    public String color;
    protected String heart;
    private String unknown;

    public Dog() {

    }

    private Dog(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("狗在跑");
    }

    void test() {
        System.out.println("test方法");
    }

    private void fanzhi() {
        System.out.println("生小狗");
    }
}

AnimalTest 类

import org.junit.Test;

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

public class AnimalTest {
    @Test
    // 构造方法
    public void constructorTest() throws NoSuchMethodException {
        Class dog = Dog.class;
        System.out.println("获取指定的public构造方法");
        System.out.println(dog.getConstructor(String.class));
        System.out.println("获取全部的public构造方法");
        Constructor[] constructors1 = dog.getConstructors();
        for(Constructor constructor : constructors1) {
            System.out.println(constructor);
        }
        System.out.println("获取指定的构造方法,不受访问修饰符的限制");
        System.out.println(dog.getDeclaredConstructor(String.class));
        System.out.println("获取全部的构造方法,不受访问修饰符限制");
        Constructor[] constructors2 = dog.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor constructor : constructors2) {
            System.out.println(constructor);
        }
    }

    @Test
    // 属性
    public void filedTest() throws NoSuchFieldException {
        Class dog = Dog.class;
        System.out.println("获取指定的public属性");
        System.out.println(dog.getField("color"));
        System.out.println("获取全部的public属性");
        Field[] fields1 = dog.getFields();
        for(Field field : fields1) {
            System.out.println(field);
        }
        System.out.println("获取指定的属性,不受访问修饰符的限制");
        System.out.println(dog.getDeclaredField("unknown"));
        System.out.println("获取全部的属性,不受访问修饰符限制");
        Constructor[] constructors2 = dog.getDeclaredConstructors();
        Field[] fields2 = dog.getDeclaredFields();
        for(Field field : fields2) {
            System.out.println(field);
        }
    }

    @Test
    // 方法
    public void mothodTest() throws NoSuchMethodException {
        Class dog = Dog.class;
        System.out.println("获取指定的public方法");
        System.out.println(dog.getMethod("run"));
        System.out.println("获取全部的public方法");
        Method[] methods1 = dog.getMethods();
        for(Method method: methods1) {
            System.out.println(method);
        }
        System.out.println("获取指定的方法,不受访问修饰符的限制");
        System.out.println(dog.getDeclaredMethod("fanzhi"));
        System.out.println("获取全部的属性,不受访问修饰符限制");
        Method[] methods2 = dog.getDeclaredMethods();
        for(Method method: methods2) {
            System.out.println(method);
        }
    }

    @Test
    // 其他测试
    public void otherTest() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException, InstantiationException {
        Class dogClass = Dog.class;
        Dog dog = (Dog) dogClass.newInstance();
        // 调用私有方法
        Method fanzhi = dogClass.getDeclaredMethod("fanzhi");
        System.out.println(fanzhi.isAccessible()); // 是否取消了权限检查
        fanzhi.setAccessible(true); //  取消权限检查
        System.out.println(fanzhi.getModifiers()); // 权限符对应的数字 default:0,public:1,private:2,protected:4,
        fanzhi.invoke(dog); // 执行方法
    }
}

从上面的代码中可以看到,使用反射可以取消权限检查,使平时用一般方式不能访问的方法,可以访问并执行,但这也破坏了类的封装性。

总结:反射可以使我们的代码更具灵活性,但是反射也会消耗更多的系统资源,所以如果不需要动态创建一个对象,那么就不需要用到反射。

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