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  • Java反射机制

    Java语言允许通过程序化的方式间接对Class进行操作,Class文件由类装载器装载后,在JVM中将形成一份描述Class结构的元信息对象,通过该元信息对象可以获知Class的结构信息:如构造函数、属性和方法等。Java允许用户借由这个Class相关的元信息对象间接调用Class对象的功能,这就为使用程序化方式操作Class对象开辟了途径。 

    先上实例:

    package reflec;
    
    public class Animal {
    
        private String name;
        private String sex;
        private int age;
        
        public Animal(){
            
        }
        
        public Animal(String name, String sex, int age){
            this.name = name;
            this.sex = sex;
            this.age = age;
        }
        
        public String getName() {
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    
        public String getSex() {
            return sex;
        }
    
        public void setSex(String sex) {
            this.sex = sex;
        }
    
        public int getAge() {
            return age;
        }
    
        public void setAge(int age) {
            this.age = age;
        }
    
        public void getInfo(){
            System.out.println("name:"+name+"sex:"+sex+"age:"+age);
        }
    }
    package reflec;
    
    import java.lang.reflect.Method;
    
    public class ReflectTest {
    
        public static Animal test() throws Exception{
            ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
            Class animal = loader.loadClass("reflec.Animal");
            
            Animal animalIns = (Animal) animal.newInstance();
            Method setName = animal.getMethod("setName", String.class);
            setName.invoke(animalIns, "哈士奇");
            Method setSex = animal.getMethod("setSex", String.class);
            setSex.invoke(animalIns, "雄");
            Method setAge = animal.getMethod("setAge", int.class);
            setAge.invoke(animalIns, 2);
            return animalIns;
        }
        
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            ReflectTest test = new ReflectTest();
            Animal animal = test.test();
            animal.getInfo();
        }
    }

    输出:

    name:哈士奇 sex:雄 age:2

    在ReflectTest中,使用了几个重要的反射类,分别是ClassLoader、Class、Constructor和Method,通过这些反射类就可以间接调用目标Class的各项功能了。在①处,我们获取当前线程的ClassLoader,然后通过指定的全限定类“com.baobaotao.beans.Car”装载Car类对应的反射实例。在②处,我们通过Car的反射类对象获取Car的构造函数对象cons,通过构造函数对象的newInstrance()方法实例化Car对象,其效果等同于new Car()。在③处,我们又通过Car的反射类对象的getMethod(String methodName,Class paramClass)获取属性的Setter方法对象,第一个参数是目标Class的方法名;第二个参数是方法入参的对象类型。获取方法反射对象后,即可通过invoke(Object obj,Object param)方法调用目标类的方法,该方法的第一个参数是操作的目标类对象实例;第二个参数是目标方法的入参。 

    类装载器ClassLoader 

    类装载器工作机制 

    类装载器就是寻找类的节码文件并构造出类在JVM内部表示对象的组件。在Java中,类装载器把一个类装入JVM中,要经过以下步骤: 

        [1.]装载:查找和导入Class文件; 
        [2.]链接:执行校验、准备和解析步骤,其中解析步骤是可以选择的: 
            [2.1]校验:检查载入Class文件数据的正确性; 
            [2.2]准备:给类的静态变量分配存储空间; 
            [2.3]解析:将符号引用转成直接引用; 
        [3.]初始化:对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作。 



    类装载工作由ClassLoader及其子类负责,ClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件,它负责在运行时查找和装入Class字节码文件。JVM在运行时会产生三个ClassLoader:根装载器、ExtClassLoader(扩展类装载器)和AppClassLoader(系统类装载器)。其中,根装载器不是ClassLoader的子类,它使用C++编写,因此我们在Java中看不到它,根装载器负责装载JRE的核心类库,如JRE目标下的rt.jar、charsets.jar等。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类。其中ExtClassLoader负责装载JRE扩展目录ext中的JAR类包;AppClassLoader负责装载Classpath路径下的类包。 

    这三个类装载器之间存在父子层级关系,即根装载器是ExtClassLoader的父装载器,ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。默认情况下,使用AppClassLoader装载应用程序的类,我们可以做一个实验:

    public class ClassLoaderTest {  
        public static void main(String[] args) {  
            ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();  
            System.out.println("current loader:"+loader);  
            System.out.println("parent loader:"+loader.getParent());  
            System.out.println("grandparent loader:"+loader.getParent(). getParent());  
        }  
    }

    输出结果:

    current loader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@131f71a 
    parent loader:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15601ea 
    /* 根装载器在Java中访问不到,所以返回null */
    grandparent loader:null

    通过以上的输出信息,我们知道当前的ClassLoader是AppClassLoader,父ClassLoader是ExtClassLoader,祖父ClassLoader是根类装载器,因为在Java中无法获得它的句柄,所以仅返回null。

    Java反射机制 

    Class反射对象描述类语义结构,可以从Class对象中获取构造函数、成员变量、方法类等类元素的反射对象,并以编程的方式通过这些反射对象对目标类对象进行操作。这些反射对象类在java.reflect包中定义,下面是最主要的三个反射类: 

      •   Constructor:类的构造函数反射类,通过Class#getConstructors()方法可以获得类的所有构造函数反射对象数组。在JDK5.0中,还可以通过getConstructor(Class... parameterTypes)获取拥有特定入参的构造函数反射对象。Constructor的一个主要方法是newInstance(Object[] initargs),通过该方法可以创建一个对象类的实例,相当于new关键字。在JDK5.0中该方法演化为更为灵活的形式:newInstance (Object... initargs)。
      •   Method:类方法的反射类,通过Class#getDeclaredMethods()方法可以获取类的所有方法反射类对象数组Method[]。在JDK5.0中可以通过getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes)获取特定签名的方法,name为方法名;Class...为方法入参类型列表。Method最主要的方法是invoke(Object obj, Object[] args),obj表示操作的目标对象;args为方法入参,代码清单3 10③处演示了这个反射类的使用方法。在JDK 5.0中,该方法的形式调整为invoke(Object obj, Object... args)。此外,Method还有很多用于获取类方法更多信息的方法:
      •       1)Class getReturnType():获取方法的返回值类型; 
              2)Class[] getParameterTypes():获取方法的入参类型数组; 
              3)Class[] getExceptionTypes():获取方法的异常类型数组; 
            4)Annotation[][] getParameterAnnotations():获取方法的注解信息,JDK 5.0中的新方法;
    •   Field:类的成员变量的反射类,通过Class#getDeclaredFields()方法可以获取类的成员变量反射对象数组,通过Class#getDeclaredField(String name)则可获取某个特定名称的成员变量反射对象。Field类最主要的方法是set(Object obj, Object value),obj表示操作的目标对象,通过value为目标对象的成员变量设置值。如果成员变量为基础类型,用户可以使用Field类中提供的带类型名的值设置方法,如setBoolean(Object obj, boolean value)、setInt(Object obj, int value)等。


    此外,Java还为包提供了Package反射类,在JDK 5.0中还为注解提供了AnnotatedElement反射类。总之,Java的反射体系保证了可以通过程序化的方式访问目标类中所有的元素,对于private或protected的成员变量和方法,只要JVM的安全机制允许,也可以通过反射进行调用,请看下面的例子

    package com.baobaotao.reflect;  
    public class PrivateCar {  
           //①private成员变量:使用传统的类实例调用方式,只能在本类中访问  
       private String color;   
            //②protected方法:使用传统的类实例调用方式,只能在子类和本包中访问  
       protected void drive(){  
             
    System.out.println("drive private car! the color is:"+color);  
       }  
    }  

    color变量和drive()方法都是私有的,通过类实例变量无法在外部访问私有变量、调用私有方法的,但通过反射机制却可以绕过这个限制

    public class PrivateCarReflect {  
       public static void main(String[] args) throws Throwable{  
           ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();  
           Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.PrivateCar");  
           PrivateCar pcar = (PrivateCar)clazz.newInstance();  
             
           Field colorFld = clazz.getDeclaredField("color");  
            //①取消Java语言访问检查以访问private变量  
           colorFld.setAccessible(true);   
           colorFld.set(pcar,"红色");  
             
           Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive",(Class[])null);  
            //Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive"); JDK5.0下使用  
             
            //②取消Java语言访问检查以访问protected方法  
           driveMtd.setAccessible(true);   
            driveMtd.invoke(pcar,(Object[])null);  
      }  
    }

    输出结果

    drive private car! the color is:红色

    在访问private、protected成员变量和方法时必须通过setAccessible(boolean access)方法取消Java语言检查,否则将抛出IllegalAccessException。如果JVM的安全管理器设置了相应的安全机制,调用该方法将抛出SecurityException。

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