Java的反射

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1. 反射

1.1. 什么是反射

我们知道，类被JVM加载进入内存之后，JVM就会为该类生成一个对应的java.lang.Class对象（Class为元类）。这个对象包含了该类的完整的结构信息，包括字段名、方法名及参数情况等。通过它，我们能获取到这些结构信息，就像通过一面镜子“反射”（相比于类实例的点号直接访问）过来的影像。通过该Class对象，程序可以获得检测、访问和修改该类的状态或行为的能力。

1.2. 怎么使用反射

1.2.1. 反射的核心类：java.lang.Class<T>

我们使用反射的入口是java.lang.Class<T>类。

java.lang.Class<T>是Java反射机制的核心，它在java_homejrelib t.jar的.javalang eflect目录下定义：

Class<T>的用途是充当元类，它好像是一面镜子，哪个类作为它声明变量的值，哪个类就可以通过该变量获得其自身结构信息。例如，Class<String> clazz = String.class，clazz就是String类型的模型了，通过它可以获得String类型的结构信息。

Class<T>可以表示一个类（包含枚举）、接口（包含注解）、各型数组、基本类型（包含void）。

1.2.2. 获取类对应的Class实例的3种方法

Class并无公共构造方法，JVM在加载一个类时，是通过调用类加载器ClassLoader的defineClass方法来获得该类的Class实例的，而该方法最终又调用如下本地方法：

private native Class<?> defineClass1(String name, byte[] b, int off, int len,
                                     ProtectionDomain pd, String source);

下面是3种获取该类对应Class实例的方法：

1）Class<?> clazz = Class.forName(“com.phewy.Employee”)，参数须是全限定名形式的。

2）Class<?> clazz = Employee.class

3）Class<?> clazz = new Employee().getClass()

1.2.3. Class<T>的定义和使用

1.2.3.1. 获取类的组成

getFields()，返回类的所有公共字段，包括继承来的公共字段，Field[]。

getMethods()，返回类的所有公共方法，包括继承来的公共方法，Method[]。

getConstructors()，返回类的所有公共构造方法，构造方法谈不上继承，Constructor<?>[]。

getAnnotations()，返回类的所有注解，包括继承来的注解，Annotation[]。

getClasses()，返回类的所有公共内部类，如“com.cjw.studying.Person$Capacity”，Class<?>[]。

getField(String name)，Field

getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)，Method

getConstructor(Class<?>... parameterTypes)，Constructor<T>

getAnnotation(Class<A> annotationClass)，<A extends Annotation> A

返回类的指定参数的成员，公共的，包括继承来的。

getDeclaredFields()，Field[]

getDeclaredMethods()，Method[]

getDeclaredConstructors()，Constructor<?>[]

getDeclaredAnnotations()，Annotation[]

getDeclaredClasses()，Class<?>[]

返回类的所有成员，不只公共的，不包括继承来的。

getDeclaredField(String name) ，Field

getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) ，Method

getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) ，Constructor<T>

getDeclaredAnnotation(Class<A> annotationClass)，<A extends Annotation> A

返回类的指定参数的成员，不只公共的，不包括继承来的。

getEnumConstants()，T[]

如果是枚举类型，则返回枚举类型的各个枚举值。

getModifiers()，int

返回类的修饰符集整型表示，Modifier.toString(modifiers)可以转换该整型为字符串表示。

getTypeParameters()，TypeVariable<Class<T>>[]

如果类是泛型，返回它的类型参数数组，每个元素代表一个类型参数。

getSuperclass()，Class<? super T>

返回类父类。

getPackage()，Package

返回类所在包。

getInterfaces()，Class<?>[]

返回类实现或扩展的接口集合，数组内顺序与声明顺序一致。

getComponentType()，Class<?>

如果类是数组，则返回类的组件类型，否则返回null。

new Thread() {}.getClass().getEnclosingMethod()，Method

如果类是匿名类，则返回定义该匿名类的方法（匿名类在该方法中）。

getEnclosingConstructor()，Constructor<?>

如果类是匿名类，则返回该匿名类所在的构造方法（匿名类在该构造方法中）。

getDeclaringClass()，Class<?>

返回直接定义（而非在方法内定义）类的外部类，方法内定义的匿名类的该方法返回null。

getEnclosingClass()，Class<?>

返回类的外部类，无论本类定义在外部类的字段处还是方法内。

getEnclosingClass()和getDeclaringClass()的区别见：http://lee-govern.iteye.com/blog/1776046

getName()

返回类的全限定名，对于数组则用描述符的形式，如“learning.demo.Entry”、“[I”、“[Ljava.lang.Integer;”。

getSimpleName()

返回简单的类名，如“Employee”、“Vector[][]”。

getCanonicalName()

返回Java语言规范汇中规定的规范化名称，如“learning.demo.Entry”、“java.util.Vector[][]”，也就是getSimpleName()返回的前面加上包名路径。

1.2.3.2. 类特征的判断

isInterface()

isArray()

isPrimitive()

isAnnotation()

isSynthetic()

isEnum()

判断类是否是接口、数组、基本类型（包括void）、注解、复合类、枚举。

isAnonymousClass()

判断类是否匿名类。

isLocalClass()

判断类是否本地类，即定义于方法内的非匿名的类。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        class Entry {
            private int value;
            
            public int getValue() {
                return value;
            }

            public void setValue(int value) {
                this.value = value;
            }
        }
    }
}

isMemberClass()

判断类是否是内部成员类（非方法内定义，也非匿名类）。

isAnnotationPresent(Class<? extends Annotation> annotationClass)

如果指定注解有在类上，则返回true。

1.2.3.3. 类其他基本语法

toString()

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

返回如下各种形式的字符串，枚举是一种类，注解是一种接口：

Class.forName("com.cjw.studying.Person")：class com.cjw.studying.Person

Class.forName("com.cjw.studying.IRun")：interface com.cjw.studying.IRun

Vector[][].class：class [[Ljava.util.Vector;

int.class：int

void.class：void

Class.forName("com.cjw.studying.Person")

返回指定全限定名对应的类，它等效于：

Class.forName("com.cjw.studying.Person", true, this.getClass().getClassLoader())

true表示如果之前没有初始化过该类，则初始化它，第三个参数如果是null，则使用引导类加载器加载该类，它会引发目标类的定位、加载和链接。

newInstance()

调用类的无参构造函数创建一个实例。如果没有无参构造函数，则会报异常，而且该构造函数必须是非private的，可以是protected或public的，Spring框架就是用这种方式创建实例的。

isInstance(object)

如果object不为null，且可以转换为类，则返回true，它是instanceOf的动态形式。

cast(object)

将object强制转换为该类。

isAssignableFrom(Employee.class)

判断参数是否是类的子类。

<U> Class<? extends U> asSubclass(Class<U> clazz)

父类为参数，转换为子类。

结果为：java.util.ArrayList

getClassLoader()

返回类的类加载器。

getResource(String name)

返回的类型为URL。

package com.cjw.learning.reflect;

public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Person.class.getResource(""));
        System.out.println(Person.class.getResource("/"));
        System.out.println(Person.class.getClassLoader().getResource(""));
        System.out.println(Person.class.getClassLoader().getResource("/"));
    }
}

getResourceAsStream(String name)

返回的是InputStream类型。

name指定资源的路径。如果不以“/”开头，则是相对路径（可以使用.或者..两个符号），即与本.class在同一个包目录下，否则是从classPath下取，即本类所在包的顶级分项父目录下，这个父目录包含了许多的Jar包。

org.ethereum.solidity.compiler.Solc

com.x.y 下有类me.class，同时有资源文件myfile.xml：me.class.getResourceAsStream("myfile.xml")

com.x.y 下有类me.class ，同时在 com.x.y.file 目录下有资源文件myfile.xml：me.class.getResourceAsStream("file/myfile.xml")

com.x.y 下有类me.class，同时在 com.x.file 目录下有资源文件myfile.xml：me.class.getResourceAsStream("/com/x/file/myfile.xml")

Class.getClassLoader.getResourceAsStream(String path) ：默认则是从classPath根下获取，path不能以/开头，因为最终是由ClassLoader获取资源，而ClassLoader又是逐层向上委托的，最后到根类加载器，是C++实现的，它不许以/开头。 

ServletContext.getResourceAsStream(String path)：默认从WebAPP根目录下取资源，Tomcat下path是否以/开头无所谓。

1.2.3.4. 使用举例

根据构造方法类创建实例：

Constructor<?> con = String.class.getConstructor(char[].class)

(String) con.newInstance({'h','e','l','l','o'})

可以修改字段的可访问性，private也可以访问：

field.setAccessible(true)

field.set(object, "110")

field.get(object)

java.lang.reflect.Modifier.toString(field.getModifiers())

field.getType().getSimpleName()

field.getName()

获取方法的返回类型：

method.getReturnType()

获取方法的形参类型：

method.getParameterTypes()

获取方法的抛出异常列表：

method.getExceptionTypes()

调用方法（如果是静态方法，object就用null代替）：

method.invoke(object, 参数, ……)

利用反射创建数组：

package com.cjw.learning.reflect;

import java.lang.reflect.Array;

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        Class<?> clazz = int.class;
        Object array = Array.newInstance(clazz, 4);
        Array.set(array, 0, 7);
        Array.set(array, 1, 9);
        System.out.println(Array.get(array, 2));
    }
}

Array类为java.lang.reflect.Array类。

int.class == Integer.class返回false，int.class == Integer.TYPE返回true。

1.3. 解决什么问题

1.3.1. 编写通用DAO类

DAO，即Data Access Object，数据访问对象，乃是用来隔离业务逻辑层和持久层的一个接口、对象，或者说服务。业务逻辑层使用DAO，可以只关注数据应该怎么处理（即怎么组合使用CRUD几个操作），不用关注数据怎么持久化（持久化的过程都由DAO代劳了）。

传统上，对于每一个数据库表，我们会在应用软件端准备一个对应的DAO类访问它，实现的组成结构如下：

一个管理数据库连接的类，可以是连接工厂，可以是连接池。

一个与数据库表对应的POJO类。

一个DAO类，封装了对表的增删改查等数据库访问。

但这有个问题是，数据库若有多张不同的表，我们就需要为每一张表建立对应的DAO。为此，我们可以使用反射只建立一个通用的DAO，用它一个可以代替许多个。但要做到这些，需要遵循一定的规则：

1）数据库的每一个表对应一个POJO类，表中的每一个字段对应POJO类的中的一个属性。并且POJO类的名字和表的名字相同，属性名和字段名相同，大小写没有关系，因为MySQL数据库不区分大小写 。

2）为POJO类中的每一个属性添加标准的set和get方法。

......

编写通用DAO的基本原理是：保存数据时，把需要保存的对象的属性值全部取出来再拼凑sql语句，查询时，将查询到的数据全部包装成一个java对象，......，而能这样也必须定制规则，这是框架的必要代价。 实际上，目前已有许多框架正是这样做的，如ibatis、Spring的模板方法等。

1.3.2. 各种框架如JUnit

好多框架都使用了反射机制，如代码自动生成器、JUnit等。JUnit的工作原理是，在测试运行器中，使用反射获取测试类，并获取注解，根据注解安排测试的执行和顺序控制等。

反射一般会与属性配置文件.properies一起使用，用来增强程序的灵活性。

1.3.3. 反射使用的优缺点

反射机制的优点就是可以实现动态创建对象和编译，体现出很大的灵活性。在J2EE中优势明显，因为他可以不卸载的情况下增加功能，如OSGi规范就应用了这点。

它的缺点是对性能有影响。但仍然可以考虑性能提升的可能：

1）善用API

比如，尽量不要getMethods()后再遍历筛选，而直接用getMethod(methodName)来根据方法名获取方法。

2）使用缓存

需要多次动态创建一个类的实例的时候，有缓存的写法会比没有缓存要快很多

<dependency>
    <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>
    <artifactId>caffeine</artifactId>
    <version>2.6.2</version>
</dependency>

package com.cjw.learning.reflect;

import com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache;
import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ClassCache {
    private Cache<String, Class<?>> cache =
            Caffeine.newBuilder().maximumSize(100).expireAfterAccess(1, TimeUnit.DAYS).build();

    public Class<?> getClass(String fullClassName) {
        return cache.get(fullClassName, clazzName -> {
            Class clazz = null;
            try {
                clazz = Class.forName(clazzName);
                cache.put(clazzName, clazz);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return clazz;
        });
    }
}

1.4. 参考资料

http://www.importnew.com/17616.html

http://blog.csdn.net/qq_20745827/article/details/50891606

http://www.cnblogs.com/jqyp/archive/2012/03/29/2423112.html

<dependency>
    <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>
    <artifactId>caffeine</artifactId>
    <version>2.6.2</version>
</dependency>

 

package com.cjw.learning.reflect;

import com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache;
import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ClassCache {
    private Cache<String, Class<?>> cache =
            Caffeine.newBuilder().maximumSize(100).expireAfterAccess(1, TimeUnit.DAYS).build();

    public Class<?> getClass(String fullClassName) {
        return cache.get(fullClassName, clazzName -> {
            Class clazz = null;
            try {
                clazz = Class.forName(clazzName);
                cache.put(clazzName, clazz);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return clazz;
        });
    }
}