Java中的Reflection(反射)、暴力反射

1. 反射(Reflection)的概念

1.1 反射的出现背景

Java程序中,所有的对象都有两种类型:编译时类型运行时类型,而很多时候对象的编译时类型和运行时类型不一致

例如:

Object obj = new String("hello");
obj.getClass()

如上:某些变量或形参的声明类型是Object类型,但是程序却需要调用该对象运行时类型的方法,该方法不是Object中的方法,那么如何解决呢?

解决这个问题,有两种方案:

方案1:在编译和运行时都完全知道类型的具体信息,在这种情况下,我们可以直接先使用instanceof运算符进行判断,再利用强制类型转换符将其转换成运行时类型的变量即可。

方案2:编译时根本无法预知该对象和类的真实信息,程序只能依靠运行时信息来发现该对象和类的真实信息,这就必须使用反射

1.2 反射概述

Reflection(反射)是被视为动态语言的关键,反射机制允许程序在运行期间借助于Reflection API取得任何类的内部信息,并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

加载完类之后,在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象(一个类只有一个Class对象),这个对象就包含了完整的类的结构信息。此时就可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子,透过这个镜子看到类的结构,所以,我们形象的称之为:反射。

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从内存加载上看反射:

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1.3 Java反射机制研究及应用

Java反射机制提供的功能:

  • 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具有的成员变量和方法
  • 在运行时获取泛型信息
  • 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
  • 在运行时处理注解
  • 生成动态代理

1.4 反射相关的主要API

java.lang.Class:代表一个类
java.lang.reflect.Method:代表类的方法
java.lang.reflect.Field:代表类的成员变量
java.lang.reflect.Constructor:代表类的构造器
......

1.5 反射的优缺点

优点:

  • 提高了Java程序的灵活性和扩展性,降低了耦合性,提高自适应能力

  • 允许程序创建和控制任何类的对象,无需提前硬编码目标类

缺点:

  • 反射的性能较低

    • 反射机制主要应用在对灵活性和扩展性要求很高的系统框架上
  • 反射会模糊程序内部逻辑,可读性较差

2. Class类并获取Class实例

要想解剖一个类,必须先要获取到该类的Class对象。而剖析一个类或用反射解决具体的问题就是使用相关API:

  • java.lang.Class
  • java.lang.reflect.*

所以,Class对象是反射的根源。

2.1 理解Class

2.1.1 理论上

在Object类中定义了以下的方法,此方法将被所有子类继承

public final Class getClass()

以上的方法返回值的类型是一个Class类,此类是Java反射的源头,实际上所谓反射从程序的运行结果来看也很好理解,即:可以通过对象反射求出类的名称

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对象照镜子后可以得到的信息:某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。对于每个类而言,JRE 都为其保留一个不变的 Class 类型的对象。一个 Class 对象包含了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitive type/void/[])的有关信息。

  • Class本身也是一个类
  • Class 对象只能由系统建立对象
  • 一个加载的类在 JVM 中只会有一个Class实例
  • 一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件
  • 每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成
  • 通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构
  • Class类是Reflection的根源,针对任何你想动态加载、运行的类,唯有先获得相应的Class对象

2.1.2 内存结构上

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说明:上图中字符串常量池在JDK6中存储在方法区;JDK7及以后,存储在堆空间。

2.2 获取Class类的实例(四种方法)

方式1:要求编译期间已知类型

前提:若已知具体的类,通过类的class属性获取,该方法最为安全可靠,程序性能最高

实例:

Class clazz = String.class;

方式2:获取对象的运行时类型

前提:已知某个类的实例,调用该实例的getClass()方法获取Class对象

实例:

Class clazz = "www.example.com".getClass();

方式3:可以获取编译期间未知的类型

前提:已知一个类的全类名,且该类在类路径下,可通过Class类的静态方法forName()获取,可能抛出ClassNotFoundException

实例:

Class clazz = Class.forName("java.lang.String");

方式4:其他方式(不做要求)

前提:可以用系统类加载对象或自定义加载器对象加载指定路径下的类型

实例:

ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();
Class clazz4 = cl.loadClass("类的全类名");

再举例:

public class GetClassObject {
    @Test
    public void test01() throws ClassNotFoundException{
        Class c1 = GetClassObject.class;
        GetClassObject obj = new GetClassObject();
        Class c2 = obj.getClass();
        Class c3 = Class.forName("com.example.classtype.GetClassObject");
        Class c4 = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("com.example.classtype.GetClassObject");

        System.out.println("c1 = " + c1);
        System.out.println("c2 = " + c2);
        System.out.println("c3 = " + c3);
        System.out.println("c4 = " + c4);

        System.out.println(c1 == c2);
        System.out.println(c1 == c3);
        System.out.println(c1 == c4);
    }
}

2.3 哪些类型可以有Class对象

简而言之,所有Java类型!

(1)class:外部类,成员(成员内部类,静态内部类),局部内部类,匿名内部类
(2)interface:接口
(3)[]:数组
(4)enum:枚举
(5)annotation:注解@interface
(6)primitive type:基本数据类型
(7)void

举例:

Class c1 = Object.class;
Class c2 = Comparable.class;
Class c3 = String[].class;
Class c4 = int[][].class;
Class c5 = ElementType.class;
Class c6 = Override.class;
Class c7 = int.class;
Class c8 = void.class;
Class c9 = Class.class;

int[] a = new int[10];
int[] b = new int[100];
Class c10 = a.getClass();
Class c11 = b.getClass();
// 只要元素类型与维度一样,就是同一个Class
System.out.println(c10 == c11);

2.4 Class类的常用方法

方法名 功能说明
static Class forName(String name) 返回指定类名 nameClass 对象
Object newInstance() 调用缺省构造函数,返回该Class对象的一个实例
getName() 返回此Class对象所表示的实体(类、接口、数组类、基本类型或void)名称
Class getSuperClass() 返回当前Class对象的父类的Class对象
Class [] getInterfaces() 获取当前Class对象的接口
ClassLoader getClassLoader() 返回该类的类加载器
Class getSuperclass() 返回表示此Class所表示的实体的超类的Class
Constructor[] getConstructors() 返回一个包含某些Constructor对象的数组
Field[] getDeclaredFields() 返回Field对象的一个数组
Method getMethod(String name,Class … paramTypes) 返回一个Method对象,此对象的形参类型为paramType

举例:

String str = "test4.Person";
Class clazz = Class.forName(str);

Object obj = clazz.newInstance();

Field field = clazz.getField("name");
field.set(obj, "Peter");
Object name = field.get(obj);
System.out.println(name);

//注:test4.Person是test4包下的Person类

本图文内容来源于网友网络收集整理提供,作为学习参考使用,版权属于原作者。
THE END
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