反射（Reflection）
1. Java反射机制概述
反射机制允许程序在执行期借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能注解操作任意对象的内部属性及方法
Class c = Class.forName("java.lang.String");
加载完类之后，堆内存的方法区就产生了一个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雷达结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子可以看到类的结构，因此我们将其称为“反射”
优点
- 可以实现动态创建对象和编译，体现出很大的灵活性
缺点
- 对性能有影响。使用反射基本上是一种揭示操作，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且它满足我们的要求。这类操作总是慢于直接执行相同的操作
反射的主要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
- ......
package com.wang.reflection;
//什么叫反射
public class test02 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
//通过反射获得类的Class对象
Class c1 = Class.forName("com.wang.reflection.User");
System.out.println(c1);
Class c2 = Class.forName("com.wang.reflection.User");
Class c3 = Class.forName("com.wang.reflection.User");
Class c4 = Class.forName("com.wang.reflection.User");
//一个类在内存中只有一个Class对象
//Class类：描述类的类，所有类的父类
//一个类被加载后，类的整个结构都被封装在Class对象中
System.out.println(c2.hashCode());
System.out.println(c3.hashCode());
System.out.println(c4.hashCode());
}
}
//实体类：pojo或entity
class User {
private String name;
private int id;
private int age;
public User() {
}
public User(String name,int id,int age) {
this.name = name;
this.id = id;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
",id=" + id +
",age=" + age +
'}';
}
}
2. Class类
1. Class类介绍
对于每个类而言，JRE都为其保留了一个不变的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
- 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实例所生成的
- 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. 获取Class类的实例
-
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
Class clazz = Person.class; -
已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象
Class clazz = preson.getClass(); -
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异常
Class clazz = Class.forName("demo01.Student"); -
内置的基本数据类型可以直接用类名.Type
-
还可以利用ClassLoader
package com.wang.reflection; //测试class类的创建方式有哪些 public class test03 { public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException { Person person = new Student(); System.out.println("这个人是：" + person.name); //方式一：通过对象获得 Class c1 = person.getClass(); System.out.println(c1.hashCode()); //方式二：forName获得 Class c2 = Class.forName("com.wang.reflection.Student"); System.out.println(c2.hashCode()); //方式三：通过类名.class获得 Class c3 = Student.class; System.out.println(c3.hashCode()); //方式四：基本内置类型的包装类都有一个Type属性 Class c4 = Integer.TYPE; System.out.println(c4); //获得父类的类型 Class c5 = c1.getSuperclass(); System.out.println(c5); } } class Person { String name; public Person() { } public Person(String name) { this.name = name; } @Override public String toString() { return "Person{" + "name='" + name + '\'' + '}'; } } class Student extends Person { public Student() { this.name = "学生"; } } class Teacher extends Person { public Teacher() { this.name = "老师"; } }
3. 哪些类型可以有Class对象
- 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
- interface：接口
- []：数组
- enum：枚举
- annotation：注解@interface
- primitive type：基本数据类型
- void
package com.wang.reflection;
import java.lang.annotation.ElementType;
//所有类型的Class
public class test04 {
public static void main(String[] args) {
Class c1 = Object.class; //类
Class c2 = Comparable.class; //接口
Class c3 = String[].class; //一维数组
Class c4 = int[][].class; //二维数组
Class c5 = Override.class; //注解
Class c6 = ElementType.class; //枚举类型
Class c7 = Integer.class; //基本数据类型
Class c8 = void.class; //void
Class c9 = Class.class; //Class
System.out.println(c1);
System.out.println(c2);
System.out.println(c3);
System.out.println(c4);
System.out.println(c5);
System.out.println(c6);
System.out.println(c7);
System.out.println(c8);
System.out.println(c9);
//只要元素类型与维度一样，就是同一个Class
int[] a = new int[10];
int[] b = new int[100];
System.out.println(a.getClass().hashCode());
System.out.println(b.getClass().hashCode());
}
}
3. Java内存分析
graph LR;
id1(Java内存)-->id2(堆)
id1-->id3(栈)
id1-->id4(方法区)
id2---id5[可以存放new对象和数组]
id2---id6[可以被所有的线程共享,不会存放别的对象引用]
id3---id7[存放基本变量类型,会包含这个基本类型的具体数值]
id3---id8[引用对象的变量会存放这个引用在堆里面的具体地址]
id4---id9[可以被所有的线程共享]
id4---id10[包含了所有的class和static变量]
4. 类的加载过程
当程序主动使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则系统会通过如下三个步骤俩对该类进行初始化
1. 类的加载(Load)
将类的class文件读入内存,并为之创建一个java.lang.Class对象.此过程由类加载器完成
2. 类的链接(Link)
将类的二进制数据合并到JRE中
- 验证:确保加载的类的信息符合JVM规范,没有安全方面的问题
- 准备:正式为类变量(static)分配内存并设置类变量默认初始值的阶段,这些内存都将在方法区中进行分配
- 解析:虚拟机常量池的符号引用(常量名)替换为直接引用(地址)的过程
3. 类的初始化(Initialize)
JVM负责对类进行初始化
- 执行类构造器<clint> ()方法的过程.类构造器<clint> ()方法是由编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的(类构造器是构造类信息的,不是构造该类对象的构造器)
- 当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行初始化,则需要先触发其父类的初始化
- 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法再多线程环境中被正确加锁和同步
4. 具体分析
package com.wang.reflection;
public class test05 {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println(A.m);
/*
1.加载到内存,会产生一个类对应的Class对象
2.链接,链接结束后m被初始化为0
3.初始化
<clinit>(){
System.out.println("A类静态代码块初始化");
m = 300;
m = 100;
}
合并静态代码(static)
合并静态代码的顺序遵循写代码时的顺序
此时m=100
*/
}
}
/*
静态代码块优先于构造块执行
构造块优先于方法调用执行
*/
class A {
static {
System.out.println("A类静态代码块初始化");
m = 300;
}
static int m = 100;
public A() {
System.out.println("A类的无参构造初始化");
}
}
重点理解static的加载!
- 加载到内存,会产生一个类对应的Class对象
- 链接,链接结束后m被初始化为0
- 初始化
(){
System.out.println("A类静态代码块初始化");
m = 300;
m = 100;
}
合并静态代码(static)
合并静态代码的顺序遵循写代码时的顺序
此时m=100
5. 分析类的初始化
1. 类的主动引用(一定会发生类的初始化)
- 当虚拟机启动,先初始化main方法所在的类
- new一个类的对象
- 调用类的静态成员(除了final常量)和静态方法
- 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
- 当初始化一个类,如果其父类没有被初始化,则先会初始化它的父类
2. 类的被动引用(不会发生类的初始化)
- 当访问一个静态域,只有真正声明这个域的类才会被初始化.如:当通过子类引用父类的静态变量,不会导致子类初始化
- 通过数组定义类引用,不会触发此类的初始化
- 引用常量(final)不会触发此类的初始化(常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了)
package com.wang.reflection;
import java.sql.SQLOutput;
//测试类什么时候会初始化
public class test06 {
static {
System.out.println("Main类被加载");
}
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
//1.主动引用:先初始化父类再初始化子类(当虚拟机启动,先初始化main方法所在的类)
//Son son = new Son();
//2.反射也会产生主动引用
//Class.forName("com.wang.reflection.Son");
//不会产生类的引用的方法:子类调用父类的静态变量,不会导致子类被初始化
//System.out.println(Son.b);
//通过数组定义类引用,不会触发此类的初始化
//Son[] array = new Son[5];
//引用常量(final)不会触发此类的初始化
System.out.println(Son.M);
}
}
class Father {
static int b = 2;
static {
System.out.println("父类被加载");
}
}
class Son extends Father {
static {
System.out.println("子类被加载");
m = 300;
}
static int m = 100;
static final int M = 1;
}
6. 类加载器的作用
1. 类加载器的作用
将class文件字节码内容加载到内存中,并将这些静态数据转换成方法去的运行时的数据结构,然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区中类数据的访问入口
2. 类缓存
标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类,一旦某个类被加载到类加载器中,它将维持加载(缓存)一段时间.不过JVM垃圾回收机制可以回首这些Class对象
3. 类加载器的类型
类加载器的作用是用来把类(class)装载进内存的.JVM规范定义了如下类型的类加载器
package com.wang.reflection;
public class test07 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
//获取系统类的加载器
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(systemClassLoader);
//获取系统类加载器的父类加载器-->扩展类加载器
ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
System.out.println(parent);
//获取扩展类加载器的父类加载器-->根加载器(c/c++)
ClassLoader parentParent = parent.getParent();
System.out.println(parentParent);
//测试当前类是哪个加载器加载的-->系统类加载器
ClassLoader classLoader = Class.forName("com.wang.reflection.test07").getClassLoader();
System.out.println(classLoader);
//测试JDK内部类是谁加载的-->根加载器
ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
System.out.println(classLoader1);
//如何获得系统类加载器可以加载的路径
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
}
}
7. 获取运行时类的完整结构
需要注意private方法和字段要写getDeclaredXXX()方法
package com.wang.reflection;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
//获取类的信息
public class test08 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException,NoSuchFieldException,NoSuchMethodException {
Class c1 = Class.forName("com.wang.reflection.User");
// User user = new User();
// Class c1 = user.getClass();
//获得类的名字
System.out.println(c1.getName()); //获得包名 + 类名
System.out.println(c1.getSimpleName()); //获得类名
//获得类的属性
System.out.println("==============================");
Field[] fields = c1.getFields(); //getFields()只能找到public属性
//fields.for --> 遍历数组的快捷键
fields = c1.getDeclaredFields(); //getDeclaredFields()找到全部的属性
for (Field field : fields) {
System.out.println(field);
}
//获得指定属性的值
System.out.println("===========================");
Field name = c1.getDeclaredField("name");
System.out.println(name);
//获得类的方法
System.out.println("=======================");
Method[] methods = c1.getMethods(); //getMethods()获得本类及其父类的public方法
for (Method method : methods) {
System.out.println("正常的:" + method);
}
methods = c1.getDeclaredMethods(); //getDeclaredMethods()获得本类的所有方法
for (Method method : methods) {
System.out.println("getDeclaredMethods:" + method);
}
//获得指定方法
//注意,要写获得方法的参数类型,无参数则为null,否则写参数的类(参数类型.class) ----> 这是由于Java存在重载的特性
System.out.println("=======================");
Method getName = c1.getMethod("getName",null);
Method setName = c1.getMethod("setName",String.class);
System.out.println(getName);
System.out.println(setName);
//获得指定的构造器
System.out.println("=======================");
Constructor[] constructors = c1.getConstructors();
for (Constructor constructor : constructors) {
System.out.println(constructor);
}
constructors = c1.getDeclaredConstructors();
for (Constructor constructor : constructors) {
System.out.println("#" + constructor);
}
//获得指定的构造器
Constructor constructor = c1.getConstructor(String.class,int.class,int.class);
System.out.println(constructor);
}
}
8. 反射创建对象即对象操作
package com.wang.reflection;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
//动态的创建对象,通过反射
public class test09 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException,IllegalAccessException,InstantiationException,NoSuchMethodException,InvocationTargetException,NoSuchFieldException {
//获得Class对象
Class c1 = Class.forName("com.wang.reflection.User");
// //构造一个对象:newInstance()
// User user = (User)c1.newInstance(); //本质上是调用了类的无参构造器
// System.out.println(user);
//
// //通过构造器创建对象(如果没有写无参构造器),通过已有的构造器创建
// /*
// 先获取类对象
// 然后获取有参构造
// 通过有参构造获取对象
// */
// Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
// User user2 = (User) constructor.newInstance("wang",001,18);
// System.out.println(user2);
//通过反射调用普通方法
User user3 = (User)c1.newInstance();
//通过反射获取一个方法
Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName",String.class);
//invoke:激活
//方法.invoke(对象,"方法的值")
setName.invoke(user3,"wang");
System.out.println(user3.getName());
//通过反射操作属性
System.out.println("===========================");
User user4 = (User)c1.newInstance();
Field name = c1.getDeclaredField("name");
//不能直接操作私有属性,我们需要关闭程序的安全监测,通过属性或方法的setAccessible(true)
name.setAccessible(true);
name.set(user4,"wang_sky");
System.out.println(user4.getName());
}
}
setAccessible
-
Method和Field以及Constructor对象都有setAccessible()方法
-
setAccessible的作用是启动和禁用访问安全检查的开关(能否访问private)
-
参数值为true则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查
- 提高反射的效率,如果代码中必须使用反射,而该句代码需要频繁的被调用,那么请设置为true
- 使得原本无法访问的私有成员也可以访问
-
参数值为false则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查
反射会影响程序的速度,关闭安全检查会提高程序的速度
下面为测试代码
package com.wang.reflection;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
//分析性能问题
public class test10 {
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException,InvocationTargetException {
test01();
test02();
test03();
}
//普通方式调用
public static void test01() {
User user = new User();
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
user.getName();
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("普通方式执行10亿次:" + (endTime - startTime) + "ms");
}
//反射方式调用
public static void test02() throws NoSuchMethodException,IllegalAccessException {
User user = new User();
Class c1 = user.getClass();
Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName",null);
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
getName.invoke(user,null);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("反射方式执行10亿次:" + (endTime - startTime) + "ms");
}
//反射方式调用,关闭安全检测
public static void test03() throws NoSuchMethodException,null);
getName.setAccessible(true);
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
getName.invoke(user,null);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("反射方式,关闭安全检测,执行10亿次:" + (endTime - startTime) + "ms");
}
}
结果
普通方式执行10亿次:4ms
反射方式执行10亿次:2760ms
反射方式,执行10亿次:1331ms
9. 反射操作泛型
- ParameterizedType:表示一种参数化类型,比如Collection<String>
- GenericArrayType:表示一种元素类型是参数化类型或者类型变量的数组类型
- TypeVariable:是各种类型变量的公共父接口
- WildcardType:代表一种通配符类型表达式
package com.wang.reflection;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Parameter;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.List;
import java.util.Map;
//通过反射获取泛型
public class test11 {
public void test01(Map<String,User> map,List<User> list) {
System.out.println("test01");
}
public Map<String,User> test02() {
System.out.println("test02");
return null;
}
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
Method method = test11.class.getMethod("test01",Map.class,List.class);
//获得参数类型
Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
System.out.println("#" + genericParameterType);
//如果是泛型,执行getActualTypeArguments返回真实的类型
if (genericParameterType instanceof ParameterizedType){
Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
System.out.println("*" + actualTypeArgument);
}
}
}
method = test11.class.getMethod("test02",null);
//获得返回类型
Type genericReturnType = method.getGenericReturnType();
if (genericReturnType instanceof ParameterizedType){
Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
System.out.println("*" + actualTypeArgument);
}
}
}
}
10. 反射操作注解
getAnnotation()方法
package com.wang.reflection;
import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.Field;
//练习反射操作注解
public class test12 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException,NoSuchFieldException {
Class c1 = Class.forName("com.wang.reflection.Student2");
//通过反射获得注解
Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
for (Annotation annotation : annotations) {
System.out.println(annotation);
}
//获得注解的value的值
Table_wang table_wang = (Table_wang) c1.getAnnotation(Table_wang.class);
String value = table_wang.value();
System.out.println(value);
//获得类指定的注解
Field f = c1.getDeclaredField("id");
Field_wang annotation = f.getAnnotation(Field_wang.class);
System.out.println(annotation.colunmName());
System.out.println(annotation.type());
System.out.println(annotation.length());
}
}
@Table_wang("db_Student")
class Student2 {
@Field_wang(colunmName = "db_id",type = "int",length = 10)
private int id;
@Field_wang(colunmName = "db_age",length = 10)
private int age;
@Field_wang(colunmName = "db_name",type = "varchar",length = 3)
private String name;
public Student2() {
}
public Student2(int id,int age,String name) {
this.id = id;
this.age = age;
this.name = name;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "Student2{" +
"id=" + id +
",age=" + age +
",name='" + name + '\'' +
'}';
}
}
//类名的注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Table_wang {
String value();
}
//属性的注解
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Field_wang {
String colunmName();
String type();
int length();
}
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