一、反射机制
Java Reflection
1、反射机制允许程序在执行期间借助于 ReflectionAPI取得任何类的内部信息（比如成员变量，构造器，成员方法等），并能操作对象的属性及方法。反射在设计模式和框架底层都会用到
2、加载完类后，在堆中就产生了一个 Class 类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象包含了类的完整结构信息。通过这个对象得到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，形象的称之为反射
Java反射机制原理示意图
Java反射机制可以完成
1、在运行时判断任意一个对象所属的类
2、在运行时构造任意一个类的对象
3、在运行时得到任意一个类所具有的成员变量和方法
4、在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
5、生成动态代理
反射相关的主要类
1、java.lang.Class：代表一个类，Class 对象表示某个类加载后在堆中的对象
2、java.lang.reflect.Method：代表类的方法，Method 对象表示某个类的方法
3、java.lang.reflect.Field：代表类的成员变量，Field 对象表示某个类的成员变量
4、java.lang.reflect.Constructor：代表类的构造方法，Constructor 对象表示构造器
package com.javase.reflection.question;
import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;
/**
* 反射问题的引入
*/
public class ReflectionQuestion {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//根据配置文件 re.properties 指定的信息，创建Cat对象并调用方法hi
//传统的方式 new 对象 -> 调用方法
//Cat cat = new Cat();
//cat.hi(); ---> cat.cry();
//尝试现有方式做一做 -> 明白反射
//1. 使用 Properties 类，可以读写配置文件
Properties properties = new Properties();
properties.load(new FileInputStream("src\\re.properties"));
String classfullpath = properties.get("classfullpath").toString();
String method = properties.get("method").toString();
//2. 创建对象,传统的方式行不通 -> 反射机制
//new classfullpath();
//3. 使用反射机制解决
//加载类,返回 Class 类型的对象
Class cls = Class.forName(classfullpath);
//通过cls 得到加载的类, com.javase.Cat 的对象实例
Object o = cls.newInstance();
System.out.println("运行类型：" + o.getClass());//com.javase.Cat
//通过 cls 得到加载的类，com.javase.Cat 的 method 的 方法的对象
//即：在反射中，可以把方法视为对象(万物皆为对象)
Method method1 = cls.getMethod(method);
//通过 method1 调用方法, 即通过方法对象来实现调用方法
method1.invoke(o);//传统方法 对象.方法() 反射机制，方法.invoke(对象)
//java.lang.reflect.Field：代表类的成员变量，Field 对象表示某个类的成员变量
//得到 name 字段
//getField 不能得到私有的属性
Field age = cls.getField("age");
//反射：成员变量对象.get(对象)
System.out.println(age.get(o));
//java.lang.reflect.Constructor：代表类的构造方法，Constructor 对象表示构造器
Constructor constructor = cls.getConstructor();//() 中可以指定构造器的参数类型，返回的是无参构造器
System.out.println(constructor);
//String.Class 就是 String 类的Class对象
Constructor constructor1 = cls.getConstructor(String.class);
System.out.println(constructor1);
}
}
反射的优点和缺点
1、优点：可以动态的创建和使用对象（也是框架底层核心），使用灵活，没有反射机制，框架技术就失去底层支撑
2、缺点：使用反射基本是解释执行，对执行速度有影响
反射调用优化-关闭访问检查
1、Method 和 Field、Constructor 对象都有 setAccessible() 方法
2、setAccessible() 作用是启动和禁用访问安全检查的开关
3、参数值为 true 表示反射的对象在使用时取消访问检查，提高反射的效率。参数值为 false 则表示反射的对象执行访问检查
package com.javase.reflection;
import com.javase.Cat;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* 测试反射调用的性能，和优化方案
*/
public class Reflection01 {
public static void main(String[] args) {
m1();
m2();
m3();
}
//传统方法调用方法hi
public static void m1() {
Cat cat = new Cat();
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 999999999; i++) {
cat.hi();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("传统方法调用hi 耗时：" + (end - start));
}
//反射机制调用方法hi
public static void m2() {
try {
Class aClass = Class.forName("com.javase.Cat");
Object o = aClass.newInstance();
Method hi = aClass.getMethod("hi");
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 999999999; i++) {
hi.invoke(o);
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("反射机制调用hi 耗时：" + (end - start));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
//反射调用优化 + 关闭访问检查
public static void m3() {
try {
Class aClass = Class.forName("com.javase.Cat");
Object o = aClass.newInstance();
Method hi = aClass.getMethod("hi");
//在反射调用方法时，取消访问检查
hi.setAccessible(true);
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 999999999; i++) {
hi.invoke(o);
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("反射机制+关闭访问检查调用hi 耗时：" + (end - start));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
二、Class类
基本介绍
1、Class 也是类，因此也继承 Object 类（类图）
2、Class 类对象不是 new 出来的，而是系统创建的
3、对应某个类的 Class 类对象，在内存中只有一份，因此类只加载一次
4、每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成
5、通过 Class 对象可以完整的得到一个类的完整结构，通过一些列API
6、Class 对象是存放在堆的
7、类的字节码二进制数据，是放在方法区的，有的地方称为类的元数据（包括方法代码，变量名，方法名，访问权限等）
Class类的常用方法
import com.javase.Car;
import java.lang.reflect.Field;
/**
* 演示 Class 类的常用方法
*/
public class Class02 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String classAllpath = "com.javase.Car";
//获取到Car类对应的 Class 对象
//<?> 表示不确定的Java类型
Class<?> cls = Class.forName(classAllpath);
//输出Class
System.out.println(cls);//显示cls对象，是哪个类的 Class对象 com.javase.Car
System.out.println(cls.getClass()); //输出 cls 的运行类型 java.lang.Class
//得到包名
System.out.println(cls.getPackage().getName()); //包名 com.javase
//得到全类名
System.out.println(cls.getName());
//通过 cls 创建对象实例
Car car = (Car)cls.newInstance();
System.out.println(car);
//通过反射获取属性，brand
Field brand = cls.getField("brand");
System.out.println(brand.get(car));
//通过反射给属性赋值
brand.set(car, "宝马");
System.out.println(brand.get(car));
//得到所有的属性
Field[] fields = cls.getFields();
for (Field field : fields) {
System.out.println(field.getName());
}
}
}
三、获取Class类对象
1、前提：已知一个类的全类名，且该类在类的路径下，可通过 Class 类的静态方法 forName() 获取，可能抛出 ClassNotFoundException
应用场景：多用于配置文件，读取类的全路径，加载类
2、前提：若已知具体的类，通过类的 class 方式获取，该方式是最为安全可靠，程序性能最高
应用场景：多用于参数传递，比如通过反射得到对应构造器对象
3、前提：已知每个类的实例，调用该实例的 getClass() 方法获取 Class 对象
应用场景：通过创建好的对象，获取 Class 对象
4、其它方式：
ClassLoader cl = 对象.getClass().getClassLoader();
Class clazz4 = cl.loadClass("类的全类名");
5、基本数据类型（int, char, boolean, float, double, byte, long, short）按如下方式得到 Class 类对象
Class cls = 基本数据类型.class
6、基本数据类型对应的包装类，可以通过 .TYPE 得到 Class 类对象
Class cls = 包装类.TYPE
import com.javase.Car;
/**
* 演示得到Class对象的各种方式
*/
public class GetClass {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1. Class.forName
String classAllpath = "com.javase.Car"; //通过读取配置文件获取
Class<?> cls1 = Class.forName(classAllpath);
System.out.println(cls1);
//2. 类名.class 应用场景：多用于参数传递
Class cls2 = Car.class;
System.out.println(cls2);
//3. 对象.getClass() 应用场景：有对象实例
Car car = new Car();
Class cls3 = car.getClass();
System.out.println(cls3);
//4. 通过类加载器（4种），来获取到类的 Class 对象
//先得到类加载器 car
ClassLoader classLoader = car.getClass().getClassLoader();
//通过类加载器得到 Class 对象
Class cls4 = classLoader.loadClass(classAllpath);
System.out.println(cls4);
//5. 基本数据类型（int, char, boolean, float, double, byte, long, short）按如下方式得到 Class 类对象
Class<Integer> integerClass = int.class;
Class<Character> characterClass = char.class;
Class<Boolean> booleanClass = boolean.class;
System.out.println(integerClass); //int
//6. 基本数据类型对应的包装类，可以通过 .TYPE 得到 Class 类对象
Class<Integer> type = Integer.TYPE;
Class<Character> type1 = Character.TYPE;
System.out.println(type); //int
}
}
四、哪些类型有Class对象
1、外部类，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
6、基本数据类型
7、void
package com.javase.reflection.class_;
import java.io.Serializable;
/**
* 演示哪些类型有 Class 对象
*/
public class AllTypeClass {
public static void main(String[] args) {
Class<String> stringClass = String.class;//外部类
Class<Serializable> serializableClass = Serializable.class;//接口
Class<Integer[]> aClass = Integer[].class;//数组
Class<float[][]> aClass1 = float[][].class;//二维数组
Class<Deprecated> deprecatedClass = Deprecated.class;//注解
Class<Thread.State> stateClass = Thread.State.class;//枚举
Class<Long> longClass = long.class;//基本数据类型
Class<Void> voidClass = void.class;//void数据类型
Class<Class> classClass = Class.class;//Class
}
}
五、类加载
基本说明
反射机制是java实现动态语言的关键，也就是通过反射实现类动态加载
1、静态加载：编译时加载相关的类，如果没有则报错，依赖性太强
2、动态加载：运行时加载需要的类，如果运行时不用该类，即使不存在该类，则不报错，降低了依赖性
类加载时机
1、当创建对象时（new）
2、当子类被加载时
3、调用类中的静态成员时
4、通过反射
类加载过程图
类加载各阶段完成任务
加载阶段
JVM在该阶段的主要目的是将字节码从不同的数据源（可能是 class 文件、也可能是 jar 包，甚至网络）转化为二进制字节流加载到内存中，并生成一个代表该类的 java.lang.Class 对象
连接阶段-验证
1、目的是为了确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全
2、包括：文件格式验证（是否以魔数 oxcafebabe开头）、元数据验证、字节码验证和符合引用验证
3、可以考虑使用 -Xverify:none 参数来关闭大部分的类验证措施，缩短虚拟机类加载的时间
连接阶段-准备
JVM 会在该阶段堆静态变量，分配内存并默认初始化（对应数据类型的默认初始值，如0、0L、null、false等）。这些变量所使用的内存的都将在方法区中进行分配
class A{
//属性-成员变量-字段
//分析类加载的链接阶段-准备 属性是如何处理
//1. n1 是实例属性，不是静态变量，因此在准备阶段，是不会分配内存
//2. n2 是静态变量，分配内存，n2 是默认初始化0，而不是20
//3. n3 是 static final 是常量，它和静态属性不一样，因为一旦赋值就不变 n3 = 30
public int n1 = 10;
public static int n2 = 20;
public static final int n3 = 30;
}
连接阶段-解析
虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过
Initialization（初始化）
1、到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的 Java 程序代码，此阶段是执行 <clinit>() 方法的过程
2、<clinit>() 方法是由编译器按语句在源文件中出现的顺序，依次自动收集类中所有静态变量的赋值动作和静态代码块中的语句，并进行合并
3、虚拟机会保证一个类的 <clinit>() 方法在多线程的环境中被正确的加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的 <clinit>() 方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行 <clinit>() 方法完毕
/**
* 演示类加载-初始化阶段
*/
public class ClassLoad02 {
public static void main(String[] args) {
//分析
//1. 加载B类，并生成B的Class对象
//2. 连接
//3. 初始化阶段
// 依次自动收集类中所有静态变量的赋值动作和静态代码块中的语句，并进行合并
/*
clinit() {
System.out.println("B 的静态代码块被执行");
//num = 300;
num = 100;
}
合并：num = 100
*/
//new B();
System.out.println(B.num);//如果直接使用类的静态属性，也会导致类的加载
}
}
class B{
static {
System.out.println("B 的静态代码块被执行");
num = 300;
}
static int num = 100;
public B() {
System.out.println("B 的构造器被执行");
}
}
六、通过反射获取类的结构信息
第一组：java.lang.Class类
1、getName：获取类全名
2、getSimpleName：获取简单类名
3、getFields：获取所有 public 修饰的属性，包含本类以及父类的
4、getDeclaredFields：获取本类中所有属性
5、getMethods：获取所有 public 修饰的方法，包含本类以及父类的
6、getDeclaredMethods：获取本类中所有方法
7、getConstructors：获取本类中所有 public 构造器
8、getDeclaredConstructors：获取本类中所有构造器
9、getPackage：以 Package 形式返回 包信息
10、getSuperClass：以 Class 形式返回父类信息
11、getInterfaces：以 Class[] 形式返回接口信息
12、getAnnotations：以 Annotation[] 形式返回注解信息
第二组：java.lang.reflect.Field类
1、getModifiers：以 int 形式返回修饰符
【说明：默认修饰符是0，public是1，private是2，protected是4，static是8，final是16】
2、getType：以 Class 形式返回类型
3、getName：返回属性名
第三组：java.lang.reflect.Method类
1、getModifiers：以 int 形式返回修饰符
【说明：默认修饰符是0，public是1，private是2，protected是4，static是8，final是16】
2、getReturnType：以 Class 形式获取返回类型
3、getName：返回方法名
4、getParameterTypes：以 Class[] 返回参数类型数组
第四组：java.lang.reflect.Constructor类
1、getModifiers：以 int 形式返回修饰符
2、getName：返回构造器名(全类名)
3、getParameterTypes：以 Class[] 返回参数类型数组
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* 演示如何通过反射获取类的结构信息
*/
public class ReflectionUtils {
public static void main(String[] args) {
}
//第一组方法
@Test
public void api_01() throws Exception {
//得到 Class对象
Class<?> personCls = Class.forName("com.javase.reflection.Person");
//1、getName：获取类全名
System.out.println(personCls.getName());
//2、getSimpleName：获取简单类名
System.out.println(personCls.getSimpleName());
//3、getFields：获取所有public修饰的属性，包含本类以及父类的
Field[] fields = personCls.getFields();
for (Field field : fields) {
System.out.println(field.getName());
}
//4、getDeclaredFields：获取本类中所有属性
Field[] declaredFields = personCls.getDeclaredFields();
for (Field declaredField : declaredFields) {
System.out.println(declaredField.getName());
}
//5、getMethods：获取所有public修饰的方法，包含本类以及父类的
Method[] methods = personCls.getMethods();
for (Method method : methods) {
System.out.println(method.getName());
}
//6、getDeclaredMethods：获取本类中所有方法
Method[] declaredMethods = personCls.getDeclaredMethods();
for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
System.out.println(declaredMethod.getName());
}
//7、getConstructors：获取本类中所有public构造器
Constructor<?>[] constructors = personCls.getConstructors();
for (Constructor<?> constructor : constructors) {
System.out.println(constructor.getName());
}
//8、getDeclaredConstructors：获取本类中所有构造器
Constructor<?>[] declaredConstructors = personCls.getDeclaredConstructors();
for (Constructor<?> declaredConstructor : declaredConstructors) {
System.out.println(declaredConstructor.getName());
}
//9、getPackage：以Package形式返回 包信息
Package aPackage = personCls.getPackage();
System.out.println(aPackage);
//10、getSuperClass：以Class形式返回父类信息
Class<?> superclass = personCls.getSuperclass();
System.out.println(superclass);
//11、getInterfaces：以Class[]形式返回接口信息
Class<?>[] interfaces = personCls.getInterfaces();
for (Class<?> anInterface : interfaces) {
System.out.println(anInterface.getName());
}
//12、getAnnotations：以Annotation[]形式返回注解信息
Annotation[] annotations = personCls.getAnnotations();
for (Annotation annotation : annotations) {
System.out.println(annotation);
}
}
@Test
public void api_02() throws Exception {
//得到 Class对象
Class<?> personCls = Class.forName("com.javase.reflection.Person");
//getDeclaredFields：获取本类中所有属性
Field[] declaredFields = personCls.getDeclaredFields();
for (Field declaredField : declaredFields) {
System.out.println(declaredField.getName() +
" 属性的修饰符值=" + declaredField.getModifiers() +
" 类型=" + declaredField.getType());
}
//getDeclaredMethods：获取本类中所有方法
Method[] declaredMethods = personCls.getDeclaredMethods();
for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
System.out.println(declaredMethod.getName() +
" 方法的访问修饰符值=" + declaredMethod.getModifiers() +
" 返回类型=" + declaredMethod.getReturnType());
//当前方法的形参数组情况
Class<?>[] parameterTypes = declaredMethod.getParameterTypes();
for (Class<?> parameterType : parameterTypes) {
System.out.println(parameterType);
}
}
//getDeclaredConstructors：获取本类中所有构造器
Constructor<?>[] declaredConstructors = personCls.getDeclaredConstructors();
for (Constructor<?> declaredConstructor : declaredConstructors) {
System.out.println(declaredConstructor.getName());
Class<?>[] parameterTypes = declaredConstructor.getParameterTypes();
for (Class<?> parameterType : parameterTypes) {
System.out.println("构造器的形参类型：" + parameterType);
}
}
}
}
interface IA{
}
interface IB{
}
class C {
public String hobby;
public C() {
}
public void hi() {
}
}
@Deprecated
class Person extends C implements IA, IB {
//属性
public String name;
private int age;
String job;
private double sal;
public Person() {
}
public Person(String name) {
this.name = name;
}
private Person(int age) {
this.age = age;
}
//方法
public void m1(String name, double sal, int age) {
}
protected String m2() {
return null;
}
void m3() {
}
private void m4() {
}
}
七、通过反射创建对象
1、方式一：调用类中的 public 修饰的无参构造器
2、方式二：调用类中的指定构造器
3、Class 类相关的方法
newInstance：调用类中的无参构造器，获取对应类的对象
getConstructor(Class...clazz)：根据参数列表，获取对应的构造器对象
getDecalaredConstructor(Class...clazz)：根据参数列表，获取对应的构造器对象
4、Constructor 类相关方法
setAccessible：暴破
newInstance(Object...obj)：调用构造器
import java.lang.reflect.Constructor;
/**
* 演示通过反射机制创建实例
*/
public class ReflectCreateInstance {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1. 获取到 User 类的 Class 对象
Class<?> userClass = Class.forName("com.javase.reflection.User");
//2. 通过 public 的无参构造器创建实例
Object o = userClass.newInstance();
System.out.println(o);
//3. 通过 public 的有参构造器创建实例
/*
constructor对象就是
public User(String name) {
this.name = name;
}
*/
//先得到对应的构造器
Constructor<?> constructor = userClass.getConstructor(String.class);
//创建实例 并传入实参
Object ls = constructor.newInstance("李四");
System.out.println(ls);
//4. 通过 非public 的有参构造器创建实例
//先得到对应的构造器
Constructor<?> declaredConstructor = userClass.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
//创建实例 并传入实参
//暴破(暴力破解)，使用反射可以访问 private 构造器/方法/属性
declaredConstructor.setAccessible(true);
Object ll = declaredConstructor.newInstance(15, "老六");
System.out.println(ll);
}
}
class User {
private int age = 20;
private String name = "张三";
public User() {
}
public User(String name) {
this.name = name;
}
private User(int age, String name) {
this.age = age;
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"age=" + age +
", name='" + name + '\'' +
'}';
}
}
八、通过反射访问类中的成员
访问属性
1、根据属性名获取 Field 对象
Field f = clazz对象.getDeclaredField(属性名)；
2、暴破：f.setAccessible(true); //f 是Field
3、访问
f.set(o，值)；//o 表示对象
syso(f.get(o)); //o 表示对象
4、如果是静态属性，则 set 和 get 中的参数 o，可以写成 null
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
/**
* 演示反射操作属性
*/
public class ReflectAccessProperty {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1. 得到对应的 Class 对象
Class<?> stuClass = Class.forName("com.javase.reflection.Student");
//2. 创建对象
Object o = stuClass.newInstance();//o 的运行类型就是 Student
System.out.println(o.getClass());//Student
//3. 使用反射得到 age 属性的对象
Field age = stuClass.getField("age");
age.set(o, 20);//通过反射来操作属性
System.out.println(o);
System.out.println(age.get(o));//返回age属性的值
//4. 使用反射操作 name 属性
Field name = stuClass.getDeclaredField("name");
name.setAccessible(true);//暴破后就可以操作私有的属性
//name.set(o, "张三");
name.set(null, "张三");//因为 name 是静态的，因此 o 也可以写成 null
System.out.println(o);
System.out.println(name.get(o));
}
}
class Student {
public int age;
private static String name;
public Student() {
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"age=" + age +
", name='" + name + '\'' +
'}';
}
}
访问方法
1、根据方法名和参数列表获取 Method 方法对象
Method m = clazz.getDeclaredMethod(方法名，XX.class)；
2、获取对象：Object o = clazz.newInstancet();
3、暴破：m.setAccessible(true);
4、访问：Object returnValue = m.invoke(o, 实参列表);
5、注意：如果是静态方法，则 invoke 的参数 o，可以写成 null
import java.lang.reflect.Method;
/**
* 演示通过反射调用方法
*/
public class ReflectAccessMethod {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1. 得到对应的Class对象
Class<?> bossClass = Class.forName("com.javase.reflection.Boss");
//2. 创建对象
Object o = bossClass.newInstance();
//3. 调用 public 的 hi方法
//Method hi = bossClass.getMethod("hi", String.class); //只能得到 public
//得到 hi 方法的对象
Method hi1 = bossClass.getDeclaredMethod("hi", String.class);//可以得到所有的方法
//调用
hi1.invoke(o, "张三");
//4. 调用 private static 方法
//得到 say 方法对象
Method say = bossClass.getDeclaredMethod("say", int.class, String.class, char.class);
//私有的方法需要暴破
say.setAccessible(true);//暴破
System.out.println(say.invoke(o, 20, "李四", '男'));
//因为say方法是静态的 也可以传入 null
System.out.println(say.invoke(null, 30, "老六", '女'));
//5. 在反射中，如果方法有返回值，统一返回 Object 但是运行类型和方法定义的返回类型一致
Object invoke = say.invoke(null, 30, "老六", '女');
System.out.println(invoke.getClass());//class java.lang.String
}
}
class Boss {
public int age;
private static String name;
public Boss() {
}
private static String say(int n, String s, char c) {
return n + " " + s + " " + c;
}
public void hi(String s) {
System.out.println("hi " + s);
}
}
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