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反射

晨光-向大约 17 分钟JavaJava语言

反射

1. 类加载器

1.1 类加载

  1. 类加载的描述

    • 当程序要使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则系统会通过类的加载,类的连接,类的初始
    • 化这三个步骤来对类进行初始化。如果不出现意外情况,JVM将会连续完成这三个步骤,所以有时也把
    • 这三个步骤统称为类加载或者类初始化
  2. 类的加载

    • 就是指将class文件读入内存,并为之创建一个 java.lang.Class 对象
    • 任何类被使用时,系统都会为之建立一个 java.lang.Class 对象
  3. 类的连接

    • 验证阶段:用于检验被加载的类是否有正确的内部结构,并和其他类协调一致
    • 准备阶段:负责为类的类变量分配内存,并设置默认初始化值
    • 解析阶段:将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用
  4. 类的初始化

    • 在该阶段,主要就是对类变量进行初始化
  5. 类的初始化步骤

    • 假如类还未被加载和连接,则程序先加载并连接该类
    • 假如该类的直接父类还未被初始化,则先初始化其直接父类
    • 假如类中有初始化语句,则系统依次执行这些初始化语句

​ 注意:在执行第2个步骤的时候,系统对直接父类的初始化步骤也遵循初始化步骤1-3

  1. 类的初始化时机
    • 创建类的实例
    • 调用类的类方法
    • 访问类或者接口的类变量,或者为该类变量赋值
    • 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

1.2 类加载器

1. 类加载器的作用

负责将.class文件加载到内存中,并为之生成对应的java.lang.Class对象。虽然我们不用过分关心类加载机制,但是了解这个机制我们就能更好的理解程序的运行!

2. JVM的类加载机制

  • 全盘负责:就是当一个类加载器负责加载某个Class时,该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入,除非显示使用另外一个类加载器来载入。

  • 父类委托:就是当一个类加载器负责加载某个Class时,先让父类加载器试图加载该Class,只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类。

  • 缓存机制:保证所有加载过的Class都会被缓存,当程序需要使用某个Class对象时,类加载器先从缓存区中搜索该Class,只有当缓存区中不存在该Class对象时,系统才会读取该类对应的二进制数据,并将其转换成Class对象,存储到缓存区。

3. Java中的内置类加载器

  • Bootstrap class loader:它是虚拟机的内置类加载器,通常表示为null ,并且没有父null。

  • Platform class loader:平台类加载器可以看到所有平台类 ,平台类包括由平台类加载器或其祖先定义的JavaSE平台API,其实现类和JDK特定的运行时类。

  • System class loader:它也被称为应用程序类加载器 ,与平台类加载器不同。 系统类加载器通常用于定义应用程序类路径,模块路径和JDK特定工具上的类。

  • 类加载器的继承关系:System的父加载器为Platform,而Platform的父加载器为Bootstrap。

4. ClassLoader中的两个方法

方法名说明
static ClassLoader getSystemClassLoader()返回用于委派的系统类加载器
ClassLoader getParent()返回父类加载器进行委派

示例代码

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
//static ClassLoader getSystemClassLoader():返回用于委派的系统类加载器
        ClassLoader c = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(c); //AppClassLoader
//ClassLoader getParent():返回父类加载器进行委派
        ClassLoader c2 = c.getParent();
        System.out.println(c2); //PlatformClassLoader
        ClassLoader c3 = c2.getParent();
        System.out.println(c3); //null
    }
}

2. 反射

2.1 反射的概述

是指在运行时去获取一个类的变量和方法信息。然后通过获取到的信息来创建对象,调用方法的一种机制。由于这种动态性,可以极大的增强程序的灵活性,程序不用在编译期就完成确定,在运行期仍然可以扩展.

  • 反射是Java中一个非常重要同时也是一个高级特性,基本上Spring等一系列框架都是基于反射的思想 写成的。我们首先来认识一下什么反射。

Java反射机制是在程序的运行过程中,对于任何一个类,都能够知道它的所有属性和方法;对于任意 一个对象,都能够知道调用它的任意属性和方法,这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为 java语言的反射机制。(来源于百度百科)

  • Java反射机制主要提供了以下这几个功能
    • 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有的成员变量和方法
    • 在运行时调用任意一个对象的方法

这么一看,反射就像是一个掌控全局的角色,不管你程序怎么运行,我都能够知道你这个类有哪些属性和方法,你这个对象是由谁调用的。

在Java中,使用java.lang.reflect包实现了反射机制。Java.lang.reflect所设计的类如下

2.2 Java反射主要类

1. Class

在Java中,你每定义一个java class实体都会产生一个Class对象。也就是说,当我们编写一个类, 编译完成后,在生成的-class文件中,就会产生一个Class对象,这个Class对象用于表示这个类 的类型信息。Class中没有公共的构造器,也就是说Class对象不能被实例化。下面来简单看一下 Class类都包括了哪些方法

方法名说明
toString()方法能够将对象转换为字符串
toGenericString()这个方法会返回类的全限定名称,而且包括类的修饰符和类型参数信息。
forName()根据类名获得一个Class对象的引用,这个方法会使类对象进行初始化。
newInstance()创建一个类的实例,代表着这个类的对象。上面forNameQ方法对类进行初始化,newlnstance方法对类进行实例化。
getClassLoader()获取类加载器对象。
getTypeParameters()按照声明的顺序获取对象的参数类型信息。
getPackage()返回类的包
getlnterfaces()获得当前类实现的类或是接口,可能是有多个,所以返回的是Class数组。
Cast把对象转换成代表类或是接口的对象
asSubclass(Class clazz)把传递的类的对象转换成代表其子类的对象
getClasses()返回一个数组,数组中包含该类中所有公共类和接口类的对象
getDeclaredClasses()返回一个数组,数组中包含该类中所有类和接口类的对象
getSimpleName()获得类的名字
getFields()获得所有公有的属性对象
getField(String name)获得某个公有的属性对象
getDeclaredField(String name)获得某个属性对象 getDeclaredFieldsQ 获得所有属性对象
getAnnotation(Class annotationClass)返回该类中与参数类型匹配的公有注解对象
getAnnotations()返回该类所有的公有注解对象
getDeclaredAnnotation(Class annotationClass)返回该类中与参数类型匹配的所有注解对象
getDeclaredAnnotations()返回该类所有的注解对象
getConstructor(Class...<?> parameterTypes)获得该类中与参数类型匹配的公有构造方法
getConstructorsO获得该类的所有公有构造方法
getDeclaredConstructor(Class...<?> parameterTypes)获得该类中与参数类型匹配的构造方法
getDeclaredConstructors()获得该类所有构造方法
getMethod(String name, Class...<?> parameterTypes)获得该类某个公有的方法
getMethods()获得该类所有公有的方法
getDeclaredMethod(String name, Class...<?> parameterTypes)获得该类某个方法
getDeclaredMethods()获得该类所有方法
注意:为避免markdown在文档页面格式冲突,上面返回类型中所有的()都是代表<> . 比如 Class...(?)) 指的是 Class...<?>. 

toString()

public String toString() {
 return (isInterface() ? "interface " : (isPrimitive() ? "" : "class "))
 + getName();
}

toString()方法能够将对象转换为字符串,toString()首先会判断Class类型是否是接口类型,也就是说,普通类和接口都能够用Class对象来表示,然后再判断是否是基本数据类型,这里判断的都是基本 数据类型和包装类,还有void类型。

所有的类型如下

  • java.lang.Boolean :代表boolean数据类型的包装类

  • java.lang.Character:代表char数据类型的包装类

  • java.lang.Byte:代表byte数据类型的包装类

  • java.Iang.Short:代表short数据类型的包装类

  • java.lang.Integer:代表int数据类型的包装类

  • java.lang.Long:代表long数据类型的包装类

  • java.lang.Float:代表float数据类型的包装类

  • java.lang.Double:代表double数据类型的包装类

  • java.lang.Void:代表void数据类型的包装类

然后是getNameC)方法,这个方法返回类的全限定名称。

  • 如果是引用类型,比如 String.class.getNameQ -》 java. lang. String

  • 如果是基本数据类型,byte.class.getNameO -》 byte

  • 如果是数组类型,new Object[3]).getClassQ.getNameQ -》 java. lang.Object

2. Field

Field类提供类或接口中单独字段的信息,以及对单独字段的动态访问。 这里就不再对具体的方法进行介绍了,读者有兴趣可以参考官方API 这里只介绍几个常用的方法。

方法名说明
equals(Object obj)属性与ob j相等则返回true
get(Object obj)获得obj中对应的属性值
set(Object obj, Object value)设置obj中对应属性值

3. Method

方法名说明
invoke(Object obj, Object... args)传递object对象及参数调用该对象对应的方法

4. ClassLoader类

反射中,还有一个非常重要的类就是ClassLoader类,类装载器是用来把类(class)装载进JVM 的。ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索加载类的,这个模型也就是双亲委派模型。

ClassLoader的类继承图如下

2.3 获取Class类对象的三种方式

1. 三种方式分类

  • Class.forName(全类名)方法: Class.forName(java.lang.Thread)

  • 类名.class属性: Thread.class

  • 对象名.getClass()方法: thread.getClassQ

2. 示例

public class ReflectDemo {
        public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
			//使用类的class属性来获取该类对应的Class对象
            Class<Student> c1 = Student.class;
            System.out.println(c1);
            Class<Student> c2 = Student.class;
            System.out.println(c1 == c2);
            System.out.println("--------");
			//调用对象的getClass()方法,返回该对象所属类对应的Class对象
            Student s = new Student();
            Class<? extends Student> c3 = s.getClass();
            System.out.println(c1 == c3);
            System.out.println("--------");
			//使用Class类中的静态方法forName(String className)
            Class<?> c4 = Class.forName("com.chggx_02.Student");
            System.out.println(c1 == c4);
        }
    }

2.4 反射获取构造方法并使用

1. Class类获取构造方法对象的方法

方法名说明
equals(Object obj)属性与ob j相等则返回true
get(Object obj)获得obj中对应的属性值
set(Object obj, Object value)设置obj中对应属性值

示例:

public class ReflectDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException,
            NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException,
            InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.chggx_02.Student");
        //Constructor<?>[] getConstructors() 返回一个包含 Constructor对象的数组,
        Constructor对象反映了由该 Class对象表示的类的所有公共构造函数
        // Constructor<?>[] cons = c.getConstructors();
        //Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() 返回反映由该 Class对象表示的类
        声明的所有构造函数的 Constructor对象的数组
        Constructor<?>[] cons = c.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor con : cons) {
            System.out.println(con);
        }
        System.out.println("--------");
        //Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) 返回一个
        Constructor对象,该对象反映由该 Class对象表示的类的指定公共构造函数
        //Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) 返回
        一个 Constructor对象,该对象反映由此 Class对象表示的类或接口的指定构造函数
        //参数:你要获取的构造方法的参数的个数和数据类型对应的字节码文件对象
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        //Constructor提供了一个类的单个构造函数的信息和访问权限
        //T newInstance(Object... initargs) 使用由此 Constructor对象表示的构造函数,
        使用指定的初始化参数来创建和初始化构造函数的声明类的新实例
        Object obj = con.newInstance();
        System.out.println(obj);
        // Student s = new Student();
        // System.out.println(s);
    }
}

2. Constructor类用于创建对象的方法

方法名说明
T newInstance(Object...initargs)根据指定的构造方法创建对象

3. 示例1

通过反射获取公共的构造方法并创建对象

  • 学生类
public class Student {
    //成员变量:一个私有,一个默认,一个公共
    private String name;
    int age;
    public String address;

    //构造方法:一个私有,一个默认,两个公共
    public Student() {
    }

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

    Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public Student(String name, int age, String address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }

    //成员方法:一个私有,四个公共
    private void function() {
        System.out.println("function");
    }

    public void method1() {
        System.out.println("method");
    }

    public void method2(String s) {
        System.out.println("method:" + s);
    }

    public String method3(String s, int i) {
        return s + "," + i;
    }

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

测试类

/*
    通过反射实现如下的操作:
        Student s = new Student("林青霞",30,"西安");
        System.out.println(s);
 */
public class ReflectDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.chggx_02.Student");

        //public Student(String name, int age, String address)
        //Constructor<T> getConstructor​(Class<?>... parameterTypes)
        Constructor<?> con = c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
        //基本数据类型也可以通过.class得到对应的Class类型

        //T newInstance​(Object... initargs)
        Object obj = con.newInstance("林青霞", 30, "西安");
        System.out.println(obj);
    }
}

4. 示例2

通过反射获取私有构造方法并创建对象

学生类:参考示例1

测试类

package com.chggx_03;

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

/*
    通过反射实现如下的操作:
        Student s = new Student("林青霞");
        System.out.println(s);
 */
public class ReflectDemo03 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.chggx_02.Student");

        //private Student(String name)
        //Constructor<T> getDeclaredConstructor​(Class<?>... parameterTypes)
        Constructor<?> con = c.getDeclaredConstructor(String.class);

        //暴力反射
        //public void setAccessible​(boolean flag):值为true,取消访问检查
        con.setAccessible(true);

        Object obj = con.newInstance("林青霞");
        System.out.println(obj);

    }
}

2.5 反射获取成员变量并使用

1. Class类获取成员变量对象的方法

方法名说明
Field[] getFields()返回所有公共成员变量对象的数组
Field[] getDeclaredFields()返回所有成员变量对象的数组
Field getField(String name)返回单个公共成员变量对象
Field getDeclaredField(String name)返回单个成员变量对象

示例:

/*
    反射获取成员变量并使用
 */
public class ReflectDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.chggx_02.Student");

        //Field[] getFields​() 返回一个包含 Field对象的数组, Field对象反映由该 Class对象表示的类或接口的所有可访问的公共字段
        //Field[] getDeclaredFields​() 返回一个 Field对象的数组,反映了由该 Class对象表示的类或接口声明的所有字段
//        Field[] fields = c.getFields();
        Field[] fields = c.getDeclaredFields();
        for(Field field : fields) {
            System.out.println(field);
        }
        System.out.println("--------");

        //Field getField​(String name) 返回一个 Field对象,该对象反映由该 Class对象表示的类或接口的指定公共成员字段
        //Field getDeclaredField​(String name) 返回一个 Field对象,该对象反映由该 Class对象表示的类或接口的指定声明字段
        Field addressField = c.getField("address");

        //获取无参构造方法创建对象
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();

//        obj.addressField = "西安";

        //Field提供有关类或接口的单个字段的信息和动态访问
        //void set​(Object obj, Object value) 将指定的对象参数中由此 Field对象表示的字段设置为指定的新值
        addressField.set(obj,"西安"); //给obj的成员变量addressField赋值为西安

        System.out.println(obj);



//        Student s = new Student();
//        s.address = "西安";
//        System.out.println(s);
    }
}

2. Field类用于给成员变量赋值的方法

方法名说明
voidset(Object obj,Object value)给obj对象的成员变量赋值为value

3. 示例

通过反射获取成员变量并赋值

学生类:参见上方学生类

测试类

/*
    练习:通过反射实现如下操作
        Student s = new Student();
        s.name = "林青霞";
        s.age = 30;
        s.address = "西安";
        System.out.println(s);
 */
public class ReflectDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchFieldException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.chggx_02.Student");

        //Student s = new Student();
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();
        System.out.println(obj);

        //s.name = "林青霞";
//        Field nameField = c.getField("name"); //NoSuchFieldException: name
        Field nameField = c.getDeclaredField("name");
        nameField.setAccessible(true);
        nameField.set(obj, "林青霞");
        System.out.println(obj);

        //s.age = 30;
        Field ageField = c.getDeclaredField("age");
        ageField.setAccessible(true);
        ageField.set(obj,30);
        System.out.println(obj);

        //s.address = "西安";
        Field addressField = c.getDeclaredField("address");
        addressField.setAccessible(true);
        addressField.set(obj,"西安");
        System.out.println(obj);
    }
}

2.6 反射获取成员方法并使用

1. Class类获取成员方法对象的方法

方法名说明
Method[] getMethods()返回所有公共成员方法对象的数组,包括继承的
Method[] getDeclaredMethods()返回所有成员方法对象的数组,不包括继承的
Method getMethod(String name, Class(?)... parameterTypes)返回单个公共成员方法对象
Method getDeclaredMethod(String name, Class(?)... parameterTypes)返回单个成员方法对象
注意:为避免markdown在文档页面格式冲突,上面返回类型中所有的()都是代表<> . 比如 Class...(?) 指的是 Class...<?>. 

示例

/*
    反射获取成员方法并使用
 */
public class ReflectDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.chggx_02.Student");

        //Method[] getMethods​() 返回一个包含 方法对象的数组, 方法对象反映由该 Class对象表示的类或接口的所有公共方法,包括由类或接口声明的对象以及从超类和超级接口继承的类
        //Method[] getDeclaredMethods​() 返回一个包含 方法对象的数组, 方法对象反映由 Class对象表示的类或接口的所有声明方法,包括public,protected,default(package)访问和私有方法,但不包括继承方法
//        Method[] methods = c.getMethods();
        Method[] methods = c.getDeclaredMethods();
        for(Method method : methods) {
            System.out.println(method);
        }
        System.out.println("--------");

        //Method getMethod​(String name, Class<?>... parameterTypes) 返回一个 方法对象,该对象反映由该 Class对象表示的类或接口的指定公共成员方法
        //Method getDeclaredMethod​(String name, Class<?>... parameterTypes) 返回一个 方法对象,它反映此表示的类或接口的指定声明的方法 Class对象
        //public void method1()
        Method m = c.getMethod("method1");

        //获取无参构造方法创建对象
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();

//        obj.m();

        //在类或接口上提供有关单一方法的信息和访问权限
        //Object invoke​(Object obj, Object... args) 在具有指定参数的指定对象上调用此 方法对象表示的基础方法
        //Object:返回值类型
        //obj:调用方法的对象
        //args:方法需要的参数
        m.invoke(obj);

//        Student s = new Student();
//        s.method1();
    }
}

2. Method类用于执行方法的方法

方法名说明
Objectinvoke(Object obj,Object... args)调用obj对象的成员方法,参数是args,返回值是Object类型

3. 示例

通过反射获取成员方法并调用

学生类:参见上方学生类

测试类

/*
     练习:通过反射实现如下操作
        Student s = new Student();
        s.method1();
        s.method2("林青霞");
        String ss = s.method3("林青霞",30);
        System.out.println(ss);
        s.function();
 */
public class ReflectDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.chggx_02.Student");

        //Student s = new Student();
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();

        //s.method1();
        Method m1 = c.getMethod("method1");
        m1.invoke(obj);

        //s.method2("林青霞");
        Method m2 = c.getMethod("method2", String.class);
        m2.invoke(obj,"林青霞");

//        String ss = s.method3("林青霞",30);
//        System.out.println(ss);
        Method m3 = c.getMethod("method3", String.class, int.class);
        Object o = m3.invoke(obj, "林青霞", 30);
        System.out.println(o);

        //s.function();
//        Method m4 = c.getMethod("function"); //NoSuchMethodException: com.chggx_02.Student.function()
        Method m4 = c.getDeclaredMethod("function");
        m4.setAccessible(true);
        m4.invoke(obj);
    }
}

2.7 反射的案例

1. 越过泛型检查

通过反射技术,向一个泛型为Integer的集合中添加一些字符串数据

package com.chggx_06;

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

/*
    练习1:我有一个ArrayList<Integer>集合,现在我想在这个集合中添加一个字符串数据,如何实现?
 */
public class ReflectTest01 {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        //创建集合
        ArrayList<Integer> array = new ArrayList<Integer>();

//        array.add(10);
//        array.add(20);
//        array.add("hello");

        Class<? extends ArrayList> c = array.getClass();
        Method m = c.getMethod("add", Object.class);

        m.invoke(array,"hello");
        m.invoke(array,"world");
        m.invoke(array,"java");

        System.out.println(array);
    }
}

2. 运行配置文件中指定类的指定方法

/*
    练习2:通过配置文件运行类中的方法
 */
public class ReflectTest02 {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
//        Student s = new Student();
//        s.study();

//        Teacher t = new Teacher();
//        t.teach();

        /*
            class.txt
            className=xxx
            methodName=xxx
         */

        //加载数据
        Properties prop = new Properties();
        FileReader fr = new FileReader("myReflect\\class.txt");
        prop.load(fr);
        fr.close();

        /*
            className=com.chggx_06.Student
            methodName=study
         */
        String className = prop.getProperty("className");
        String methodName = prop.getProperty("methodName");

        //通过反射来使用
        Class<?> c = Class.forName(className);//com.chggx_06.Student

        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();

        Method m = c.getMethod(methodName);//study
        m.invoke(obj);
    }
}

3. 模块化

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