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  • Java反射

    • 什么是反射?
      • 反射就是Reflection,Java的反射是指程序在运行期可以拿到一个对象的所有信息。
      • 反射是为了解决在运行期,对某个实例一无所知的情况下,如何调用其方法。
      • JAVA反射机制是在运行状态中,对于任何一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任何一个对象,都能够调用它的任意方法和属性;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。
    • Class类
      • class是由JVM在执行过程中动态加载的。JVM在第一次读取到一种class类型时,将其加载进内存。每加载一种class,JVM就为其创建一个Class类型的实例,并关联起来。注意:这里的Class类型是一个名叫Classclass
        public final class Class {
            private Class() {}
        }

        String类为例,当JVM加载String类时,它首先读取String.class文件到内存,然后,为String类创建一个Class实例并关联起来。

        Class cls = new Class(String);

        查看JDK源码,可以发现Class类的构造方法是private,只有JVM能创建Class实例,我们自己的Java程序是无法创建Class实例的。JVM持有的每个Class实例都指向一个数据类型(classinterface)。一个Class实例包含了该class的所有完整信息。

        ┌───────────────────────────┐
        │      Class Instance       │──────> String
        ├───────────────────────────┤
        │name = "java.lang.String"  │
        └───────────────────────────┘
        ┌───────────────────────────┐
        │      Class Instance       │──────> Random
        ├───────────────────────────┤
        │name = "java.util.Random"  │
        └───────────────────────────┘
        ┌───────────────────────────┐
        │      Class Instance       │──────> Runnable
        ├───────────────────────────┤
        │name = "java.lang.Runnable"│
        └───────────────────────────┘
        ┌───────────────────────────┐
        │      Class Instance       │──────> String
        ├───────────────────────────┤
        │name = "java.lang.String"  │
        ├───────────────────────────┤
        │package = "java.lang"      │
        ├───────────────────────────┤
        │super = "java.lang.Object" │
        ├───────────────────────────┤
        │interface = CharSequence...│
        ├───────────────────────────┤
        │field = value[],hash,...   │
        ├───────────────────────────┤
        │method = indexOf()...      │
        └───────────────────────────┘
      • JVM为每个加载的class创建了对应的Class实例,并在实例中保存了该class的所有信息,包括类名、包名、父类、实现的接口、所有方法、字段等,因此,如果获取了某个Class实例,我们就可以通过这个Class实例获取到该实例对应的class的所有信息。这种通过Class实例获取class信息的方法称为反射(Reflection)。

      • 获取一个classClass实例,有三个方法。
        • 方法一:直接通过一个class的静态变量class获取。
          Class cls = String.class;
        • 如果有一个实例变量,可以通过该实例变量提供的getClass()方法获取。

          String s = "Hello";
          Class cls = s.getClass();
        • 如果知道一个class的完整类名,可以通过静态方法Class.forName()获取。

          Class cls = Class.forName("java.lang.String");
      • Class实例在JVM中是唯一的,所以,上述方法获取的Class实例是同一个实例。可以用==比较两个Class实例。
        复制代码
        Integer n = new Integer(123);
        
        boolean b1 = n instanceof Integer; // true,因为n是Integer类型
        boolean b2 = n instanceof Number; // true,因为n是Number类型的子类
        
        boolean b3 = n.getClass() == Integer.class; // true,因为n.getClass()返回Integer.class
        boolean b4 = n.getClass() == Number.class; // false,因为Integer.class!=Number.class
        复制代码

        instanceof不但匹配指定类型,还匹配指定类型的子类。而用==判断class实例可以精确地判断数据类型,但不能作子类型比较。通常情况下,我们应该用instanceof判断数据类型,因为面向抽象编程的时候,我们不关心具体的子类型。只有在需要精确判断一个类型是不是某个class的时候,我们才使用==判断class实例。

      • Class实例获取获取的基本信息。
        复制代码
         1 public class Main {
         2     public static void main(String[] args) {
         3         printClassInfo("".getClass());
         4         printClassInfo(Runnable.class);
         5         printClassInfo(java.time.Month.class);
         6         printClassInfo(String[].class);
         7         printClassInfo(int.class);
         8     }
         9 
        10     static void printClassInfo(Class cls) {
        11         System.out.println("Class name: " + cls.getName());
        12         System.out.println("Simple name: " + cls.getSimpleName());
        13         if (cls.getPackage() != null) {
        14             System.out.println("Package name: " + cls.getPackage().getName());
        15         }
        16         System.out.println("is interface: " + cls.isInterface());
        17         System.out.println("is enum: " + cls.isEnum());
        18         System.out.println("is array: " + cls.isArray());
        19         System.out.println("is primitive: " + cls.isPrimitive());
        20     }
        21 }
        复制代码
      • 获取到了一个Class实例,可以通过该Class实例来创建对应类型的实例。
        // 获取String的Class实例:
        Class cls = String.class;
        // 创建一个String实例:
        String s = (String) cls.newInstance();

        上述代码相当于new String()。通过Class.newInstance()可以创建类实例,它的局限是:只能调用public的无参数构造方法。带参数的构造方法,或者非public的构造方法都无法通过Class.newInstance()被调用。

      • 动态加载

        • JVM在执行Java程序的时候,并不是一次性把所有用到的class全部加载到内存,而是第一次需要用到class时才加载。 

    • 访问字段
      • Class类提供了以下几个方法来获取字段:

        • Field getField(name):根据字段名获取某个public的field(包括父类)
        • Field getDeclaredField(name):根据字段名获取当前类的某个field(不包括父类)
        • Field[] getFields():获取所有public的field(包括父类)
        • Field[] getDeclaredFields():获取当前类的所有field(不包括父类)
          复制代码
           1 public class Main {
           2     public static void main(String[] args) throws Exception {
           3         Class stdClass = Student.class;
           4         // 获取public字段"score":
           5         System.out.println(stdClass.getField("score"));
           6         // 获取继承的public字段"name":
           7         System.out.println(stdClass.getField("name"));
           8         // 获取private字段"grade":
           9         System.out.println(stdClass.getDeclaredField("grade"));
          10     }
          11 }
          12 
          13 class Student extends Person {
          14     public int score;
          15     private int grade;
          16 }
          17 
          18 class Person {
          19     public String name;
          20 }
          复制代码
      • 一个Field对象包含了一个字段的所有信息:

        • getName():返回字段名称,例如,"name"
        • getType():返回字段类型,也是一个Class实例,例如,String.class
        • getModifiers():返回字段的修饰符,它是一个int,不同的bit表示不同的含义。
        • String类的value字段为例,它的定义是:

          public final class String {
              private final byte[] value;
          }

          用反射获取该字段的信息:

          复制代码
          Field f = String.class.getDeclaredField("value");
          f.getName(); // "value"
          f.getType(); // class [B 表示byte[]类型
          int m = f.getModifiers();
          Modifier.isFinal(m); // true
          Modifier.isPublic(m); // false
          Modifier.isProtected(m); // false
          Modifier.isPrivate(m); // true
          Modifier.isStatic(m); // false
          复制代码
      • 获取字段值

        • 利用反射拿到字段的一个Field实例只是第一步,还可以拿到一个实例对应的该字段的值。例如,对于一个Person实例,可以先拿到name字段对应的Field,再获取这个实例的name字段的值。

          复制代码
           1 import java.lang.reflect.Field;
           2 
           3 public class Main {
           4 
           5     public static void main(String[] args) throws Exception {
           6         Object p = new Person("Xiao Ming");
           7         Class c = p.getClass();
           8         Field f = c.getDeclaredField("name");
          f.setAccessible(true); 9 Object value = f.get(p); 10 System.out.println(value); // "Xiao Ming" 11 } 12 } 13 14 class Person { 15 private String name; 16 17 public Person(String name) { 18 this.name = name; 19 } 20 }
          复制代码
          Object get​(Object obj)
          返回指定对象上此 字段表示的字段的值。

           

      • 设置字段值

        • 设置字段值是通过Field.set(Object, Object)实现的,其中第一个Object参数是指定的实例,第二个Object参数是待修改的值。
          复制代码
           1 import java.lang.reflect.Field;
           2 
           3 public class Main {
           4 
           5     public static void main(String[] args) throws Exception {
           6         Person p = new Person("Xiao Ming");
           7         System.out.println(p.getName()); // "Xiao Ming"
           8         Class c = p.getClass();
           9         Field f = c.getDeclaredField("name");
          10         f.setAccessible(true);
          11         f.set(p, "Xiao Hong");
          12         System.out.println(p.getName()); // "Xiao Hong"
          13     }
          14 }
          15 
          16 class Person {
          17     private String name;
          18 
          19     public Person(String name) {
          20         this.name = name;
          21     }
          22 
          23     public String getName() {
          24         return this.name;
          25     }
          26 }
          复制代码
      • Java的反射API提供的Field类封装了字段的所有信息:
        • 通过Class实例的方法可以获取Field实例:getField()getFields()getDeclaredField()getDeclaredFields()
        • 通过Field实例可以获取字段信息:getName()getType()getModifiers()
        • 通过Field实例可以读取或设置某个对象的字段,如果存在访问限制,要首先调用setAccessible(true)来访问非public字段。
        • 通过反射读写字段是一种非常规方法,它会破坏对象的封装。
    • 调用方法
      • Class类提供了以下几个方法来获取Method

        • Method getMethod(name, Class...):获取某个publicMethod(包括父类)
        • Method getDeclaredMethod(name, Class...):获取当前类的某个Method(不包括父类)
        • Method[] getMethods():获取所有publicMethod(包括父类)
        • Method[] getDeclaredMethods():获取当前类的所有Method(不包括父类)
          复制代码
           1 public class Main {
           2     public static void main(String[] args) throws Exception {
           3         Class stdClass = Student.class;
           4         // 获取public方法getScore,参数为String:
           5         System.out.println(stdClass.getMethod("getScore", String.class));
           6         // 获取继承的public方法getName,无参数:
           7         System.out.println(stdClass.getMethod("getName"));
           8         // 获取private方法getGrade,参数为int:
           9         System.out.println(stdClass.getDeclaredMethod("getGrade", int.class));
          10     }
          11 }
          12 
          13 class Student extends Person {
          14     public int getScore(String type) {
          15         return 99;
          16     }
          17     private int getGrade(int year) {
          18         return 1;
          19     }
          20 }
          21 
          22 class Person {
          23     public String getName() {
          24         return "Person";
          25     }
          26 }
          复制代码
        • 一个Method对象包含一个方法的所有信息:

          • getName():返回方法名称,例如:"getScore"
          • getReturnType():返回方法返回值类型,也是一个Class实例,例如:String.class
          • getParameterTypes():返回方法的参数类型,是一个Class数组,例如:{String.class, int.class}
          • getModifiers():返回方法的修饰符,它是一个int,不同的bit表示不同的含义。
        • 如果用反射来调用substring方法。
          复制代码
           1 import java.lang.reflect.Method;
           2 
           3 public class Main {
           4     public static void main(String[] args) throws Exception {
           5         // String对象:
           6         String s = "Hello world";
           7         // 获取String substring(int)方法,参数为int:
           8         Method m = String.class.getMethod("substring", int.class);
           9         // 在s对象上调用该方法并获取结果:
          10         String r = (String) m.invoke(s, 6);
          11         // 打印调用结果:
          12         System.out.println(r);
          13     }
          14 }
          复制代码
      • 调用静态方法

        • 如果获取到的Method表示一个静态方法,调用静态方法时,由于无需指定实例对象,所以invoke方法传入的第一个参数永远为null。以Integer.parseInt(String)为例。

          复制代码
           1 import java.lang.reflect.Method;
           2 
           3 public class Main {
           4     public static void main(String[] args) throws Exception {
           5         // 获取Integer.parseInt(String)方法,参数为String:
           6         Method m = Integer.class.getMethod("parseInt", String.class);
           7         // 调用该静态方法并获取结果:
           8         Integer n = (Integer) m.invoke(null, "12345");
           9         // 打印调用结果:
          10         System.out.println(n);
          11     }
          12 }
          复制代码
      • 调用非public方法

        • 和Field类似,对于非public方法,虽然可以通过Class.getDeclaredMethod()获取该方法实例,但直接对其调用将得到一个IllegalAccessException。为了调用非public方法,通过Method.setAccessible(true)允许其调用。

          复制代码
          import java.lang.reflect.Method;
          
          public class Main {
              public static void main(String[] args) throws Exception {
                  Person p = new Person();
                  Method m = p.getClass().getDeclaredMethod("setName", String.class);
                  m.setAccessible(true);
                  m.invoke(p, "Bob");
                  System.out.println(p.name);
              }
          }
          
          class Person {
              String name;
              private void setName(String name) {
                  this.name = name;
              }
          }
          复制代码
      • 多态

        • 一个Person类定义了hello()方法,并且它的子类Student也覆写了hello()方法,那么,从Person.class获取的Method,作用于Student实例时(如下)。结果可知使用反射调用方法时,仍然遵循多态原则:即总是调用实际类型的覆写方法(如果存在)。 

          复制代码
           1 import java.lang.reflect.Method;
           2 
           3 public class Main {
           4     public static void main(String[] args) throws Exception {
           5         // 获取Person的hello方法:
           6         Method h = Person.class.getMethod("hello");
           7         // 对Student实例调用hello方法:
           8         h.invoke(new Student());
           9     }
          10 }
          11 
          12 class Person {
          13     public void hello() {
          14         System.out.println("Person:hello");
          15     }
          16 }
          17 
          18 class Student extends Person {
          19     public void hello() {
          20         System.out.println("Student:hello");
          21     }
          22 }
          复制代码

          通过设置setAccessible(true)来访问非public方法;

    • 调用构造方法

      • 通过反射来创建新的实例,可以调用Class提供的newInstance()方法:

        Person p = Person.class.newInstance();

        调用Class.newInstance()的局限是,它只能调用该类的public无参数构造方法。如果构造方法带有参数,或者不是public,就无法直接通过Class.newInstance()来调用。

      • 为了调用任意的构造方法,Java的反射API提供了Constructor对象,它包含一个构造方法的所有信息,可以创建一个实例。Constructor对象和Method非常类似,不同之处仅在于它是一个构造方法,并且,调用结果总是返回实例。

        复制代码
         1 import java.lang.reflect.Constructor;
         2 
         3 public class Main {
         4     public static void main(String[] args) throws Exception {
         5         // 获取构造方法Integer(int):
         6         Constructor cons1 = Integer.class.getConstructor(int.class);
         7         // 调用构造方法:
         8         Integer n1 = (Integer) cons1.newInstance(123);
         9         System.out.println(n1);
        10 
        11         // 获取构造方法Integer(String)
        12         Constructor cons2 = Integer.class.getConstructor(String.class);
        13         Integer n2 = (Integer) cons2.newInstance("456");
        14         System.out.println(n2);
        15     }
        16 }
        复制代码
      • 通过Class实例获取Constructor的方法

        • getConstructor(Class...):获取某个publicConstructor
        • getDeclaredConstructor(Class...):获取某个Constructor
        • getConstructors():获取所有publicConstructor
        • getDeclaredConstructors():获取所有Constructor

        注意Constructor总是当前类定义的构造方法,和父类无关,因此不存在多态的问题。

        调用非publicConstructor时,必须首先通过setAccessible(true)设置允许访问。setAccessible(true)可能会失败。

    • 获取继承关系

      • 有了Class实例,还可以获取它的父类的Class。
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        public class Main {
            public static void main(String[] args) throws Exception {
                Class i = Integer.class;
                Class n = i.getSuperclass();
                System.out.println(n);
                Class o = n.getSuperclass();
                System.out.println(o);
                System.out.println(o.getSuperclass());
            }
        }
        复制代码
      • 由于一个类可能实现一个或多个接口,通过Class可以查询到实现的接口类型。

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        import java.lang.reflect.Method;
        
        public class Main {
            public static void main(String[] args) throws Exception {
                Class s = Integer.class;
                Class[] is = s.getInterfaces();
                for (Class i : is) {
                    System.out.println(i);
                }
            }
        }
        复制代码

        getInterfaces()只返回当前类直接实现的接口类型,并不包括其父类实现的接口类型。对所有interfaceClass调用getSuperclass()返回的是null,获取接口的父接口要用getInterfaces()。如果一个类没有实现任何interface,那么getInterfaces()返回空数组。

      • 判断一个实例是否是某个类型时,正常情况下,使用instanceof操作符,如果是两个Class实例,要判断一个向上转型是否成立,可以调用isAssignableFrom()。
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        // Integer i = ?
        Integer.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true,因为Integer可以赋值给Integer
        // Number n = ?
        Number.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true,因为Integer可以赋值给Number
        // Object o = ?
        Object.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true,因为Integer可以赋值给Object
        // Integer i = ?
        Integer.class.isAssignableFrom(Number.class); // false,因为Number不能赋值给Integer
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    • 动态代理
      • 所有interface类型的变量总是通过向上转型并指向某个实例的。
        CharSequence cs = new StringBuilder();
      • Java标准库提供了一种动态代理(Dynamic Proxy)的机制:可以在运行期动态创建某个interface的实例。所谓动态代理,是和静态相对应的。

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        静态代码
        定义接口: public interface Hello { void morning(String name); } 编写实现类: public class HelloWorld implements Hello { public void morning(String name) { System.out.println("Good morning, " + name); } } 创建实例,转型为接口并调用: Hello hello = new HelloWorld(); hello.morning("Bob");
        复制代码
        复制代码
        动态代码
        
        import java.lang.reflect.InvocationHandler;
        import java.lang.reflect.Method;
        import java.lang.reflect.Proxy;
        
        public class Main {
            public static void main(String[] args) {
                InvocationHandler handler = new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        System.out.println(method);
                        if (method.getName().equals("morning")) {
                            System.out.println("Good morning, " + args[0]);
                        }
                        return null;
                    }
                };
                Hello hello = (Hello) Proxy.newProxyInstance(
                    Hello.class.getClassLoader(), // 传入ClassLoader
                    new Class[] { Hello.class }, // 传入要实现的接口
                    handler); // 传入处理调用方法的InvocationHandler
                hello.morning("Bob");
            }
        }
        
        interface Hello {
            void morning(String name);
        }
        复制代码

        运行期动态创建一个interface实例的方法如下:

        1. 定义一个InvocationHandler实例,它负责实现接口的方法调用;
        2. 通过Proxy.newProxyInstance()创建interface实例,它需要3个参数:
          1. 使用的ClassLoader,通常就是接口类的ClassLoader
          2. 需要实现的接口数组,至少需要传入一个接口进去;
          3. 用来处理接口方法调用的InvocationHandler实例。
        3. 将返回的Object强制转型为接口。  
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