Java 從入門到精通-反射機制

阿新 • • 發佈：2020-06-04

導讀

　　Java反射機制是開發者邁向結構化開發的重要一步，同時掌握了反射機制也就掌握了所有框架的核心實現思想。

認識反射機制

簡單例子

　　通過以上的程式就會發現，除了物件的正向處理操作之外，還可以通過getClass()方法來獲取一個類對應的完整的資訊的結構，而這就是反射的開始。

Class類物件例項化

　　在整個反射機制之中，Class類是整個反射操作的源頭所在，如果現在可以獲取Class類的物件，那麼就可以進行所有的更加深層次的反射操作(上面案例僅僅是根據例項化物件的Class獲取了類的基本名稱)。

　　在Java的處理機制之中，實際上會有三種方式可以獲取Class類的例項化物件。

方式一、

　　由於在Object類中提供有getClass()方法，所以任意的例項化物件都可以通過此方法來獲取Class類的物件例項。

方式二、

　　在Java處理過程之中，可以直接使用“類名稱.class”的形式直接在沒有產生例項化物件的時候獲取Class類的例項。

　　這個時候輸出會直接通過toString()方法來獲取相關的物件完整資訊。

方式三、

　　在Class類的內部提供一個根據“類名稱”字串實現類反射載入的處理方法

 public static Class<?> forName(String className) throws ClassNotFoundException {}

　　在之前獲取Class類物件的情況下都必須獲取類本身對應的程式包，但是如果使用了"Class.forName()"方法進行Class類物件例項化獲取的時候，就可以直接將類名稱以字串的形式定義在程式之中。

　　這個時候就通過字串實現了類的載入，但是需要明確的是，以上的這幾點處理語法在整個專案的實際開發過程之中全部都有可能使用到，不可能做一個優先順序區分。

反射例項化類物件

　　上面三種方式，我們已經可以得到三種例項化Class類物件的方法，但是不理解的是，為什麼我們要分析這三種方法，或者是為什麼要獲取Class類的例項化物件呢？

反射物件例項化

　　在Java之中如果要想產生一個類的例項化物件，那麼你給要通過關鍵字new進行構造方法的呼叫，隨後再通過該物件進行具體的類的結構操作，可以除了這種關鍵字new之外，如果此時已經獲得了Class類的物件例項，那麼就可以通過Class類的如下方法來實現類物件的例項化處理。

傳統物件例項化

反射物件例項化

　　通過以上兩個程式碼的對比可以發現，使用關鍵字new或者使用反射機制中提供newInstance()兩個方法都可以實現類物件例項化處理，這樣就意味著從此之後可以不侷限於關鍵字“new”的使用。JDK 1.9之後傳統所使用的newInstance()方法不推薦使用了，變為了以下使用方式

class.getDeclaredConstructor().newInstance();

　　在JDK 1.9之後如果要想通過Class類物件獲取其他類的例項，那麼就需要進行方法的更換，但是又另外一點需要注意的是，當通過Class類物件獲取指定類例項的時候，newInstance()方法所返回的資料型別為Object，那麼這個時候就需要進行一些物件的向下轉型處理(物件的向下會存在有安全隱患)

　　需要注意的是，雖然以上的操作可以通過向下轉型獲取指定型別的物件例項，但是這種操作的程式碼是存在有設計上問題的，之所以使用反射很大的程度上是不希望進行完整類資訊的匯入，但是如果僅僅是按照如上的方式進行處理，那麼如果真的有一些其他包的類，則依然會出現匯入包的情況。

　　當有了反射機制的支援之後，那麼就可以得到第二種物件例項化的方案，而這種方案之中主要依靠的是Class完成。

反射與工廠設計模式

　　通過反射可以獲取類的例項化物件，但是現在就需要去思考為什麼要提供反射的機制來獲取例項化物件，或者說如果直接使用關鍵字new有什麼問題嘛？如果要想回答這個問題最佳的做法是通過工廠設計模式來進行分析。

　　但是如果說此時IPeople接口裡面有幾萬個子類呢？此時Factory類維護起來是不是很麻煩？所以這種傳統的靜態工廠類是不可能滿足於現實的專案開發要求的，最佳的做法要採用動態工廠類，反射機制就可以登場了。

　　在使用反射操作的時候只需要根據字串(類名稱)獲取Class類的例項化物件之後就可以直接反射例項化物件處理，這樣的操作最適合完成工廠設計的改良。

通過動態工廠設計模式解決當前的設計問題：

　　此時工廠類完全變為了一種獨立的操作模式，不管你的專案中IPeople介面到底會產生多少個子類，那麼對於整個的工廠類來講都沒有任何的區別，只要給出類的完全路徑即可，並且該類屬於IPeople介面的子類，就都可以動態例項化。

反射機制與單例設計模式

　　可以看到在JVM程序之中某一個類只允許提供唯一的一個例項化物件。

執行緒安全的單例模式

反射獲取類結構資訊

　　反射機制除了可以通過Class類的方式獲取一個類的例項化物件之外，其最大的特點還可以實現整個類結果的剖析。例如：該類的父類、他實現的父介面、類中的構造方法、成員屬性或者普通方法等等。

獲取類結構資訊

　　如果要進行一個類的定義，那麼在這個類中往往會存在有程式所處的包、一個類所繼承的父類或者是相關的實現介面，那麼這些資訊都可以通過Class類直接獲取，在Class中提供如下的幾個方法。

public Package getPackage(){} ==>獲取指定類的所在包
public Class<? super T> getSuperclass(){} ==>獲取實現父類
public Class<?>[] getInterfaces(){} ==>獲取所有實現的全部介面

　　在整個的程式之中利用Class這種處理結構，就可以持續進行當前類繼承關係的剖析，這樣的操作的結構就是對已有類執行反射的處理過程。之所以現在可以實現這樣的功能，主要的原因是針對於生成的二進位制位元組碼檔案進行的處理。

反射呼叫構造方法

　　在一個類中會存在有若干個構造方法的資訊，那麼這樣就在Class類裡面可以基於反射機制來獲取一個類中全部已經存在的構造方法，具體的操作方法如下。

public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) throws NoSuchMethodException, SecurityException -->根據指定引數型別獲取指定構造方法物件
public Constructor<?>[] getConstructors() throws SecurityException -->獲取類中全部構造方法，只能訪問public構造方法的訪問許可權
public Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) throws NoSuchMethodException, SecurityException -->獲取類中指定引數型別構造方法
public Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() throws SecurityException -->獲取全部構造方法，可以獲得類中全部構造方法

　　可以發現在Class類中對於構造方法資訊的獲取分為了兩組的方法名稱，之家有什麼區別呢？

　　在Java反射機制之中，每一個Constrcutor類物件例項實際上都會描述一個對應的構造方法資訊，於是可以使用Constructor類中的如下方法進行構造方法的處理

public String getName() -->獲取構造方法的名稱
public int getParameterCount() --> 獲取方法中的引數個數
public TypeVariable<?>[] getTypeParameters() -->獲取構造方法的引數型別
public T newInstance(Object... initargs) -->呼叫構造方法進行物件的反射例項化

　　獲取構造方法的主要目的是進行指定有參構造的物件例項化處理操作。

反射呼叫方法

　　在一個類中處理構造之外還會存在有許多類中提供的方法，那麼在這種情況下，所有的方法資訊也是可以通過Class類的物件反射獲取的，使用如下方法獲取即可

public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) -->獲取類中的public訪問許可權定義的指定方法
public Method[] getMethods() -->獲取類中所有定義的public方法
public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) -->獲取本類中的指定引數的方法，不區分訪問控制權限
public Method[] getDeclaredMethods() -->獲取本類中所有方法(不區分訪問控制權限)

　　在Java反射機制執行過程之中，每一個方法都通過Method類的物件例項來進行包裝，這種情況下如果要想進行方法更深入層次的呼叫，就需要去研究Method類的重要組成，在Method類中提供有如下幾個常用方法

public Class<?> getReturnType() -->獲取方法的返回值型別
public Type[] getGenericParameterTypes() -->獲取方法的引數型別
public Type[] getGenericExceptionTypes() -->獲取方法中丟擲的異常型別
public Object invoke(Object obj, Object... args) -->方法的呼叫
public int getModifiers() -->方法的訪問修飾符

　　通過反射獲取類中的全部的方法的資訊內容，在之前進行方法內容輸出的時候所採用的方式是由Method類提供的toString()方法，我們現在可以實現所有方法資訊的獲取

package com.cyb.demo;

import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Modifier;
import java.lang.reflect.Type;

class People { // People類中的構造方法使用不同的訪問許可權
public void Speak() {}
private String Run(String name) throws Exception{
    return name+"正在跑。。。";
}
public String SelfInfo(String name,int age) throws RuntimeException,Exception{
    return "我叫："+name+",今年:"+age+"歲了";
}
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = Class.forName("com.cyb.demo.People");
        Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
        for(Method m:methods) {
            System.out.print(Modifier.toString(m.getModifiers())+" "); //方法的修飾符
            System.out.print(m.getGenericReturnType().getTypeName()+" "); //返回值型別
            System.out.print(m.getName()+" ("); //方法的名稱
            Type[] parameterTypes = m.getGenericParameterTypes();
            for (int i = 0; i < parameterTypes.length; i++) {
                if (i>0) {
                    System.out.print(",");
                }
                System.out.print(parameterTypes[i].getTypeName()+" arg"+i);
            }
            System.out.print(")");
            Type[] exceptionTypes = m.getGenericExceptionTypes(); //獲取所有丟擲的異常資訊
            if (exceptionTypes.length>0) {
                System.out.print(" throws"); //輸出throws資訊
                for (int x = 0; x < exceptionTypes.length; x++) {
                    if (x>0) {
                        System.out.print(", ");
                    }
                    System.out.print(exceptionTypes[x].getTypeName());
                }
            }
            System.out.println();//換行
        }
    }
}

　　在實際專案的開發過程之中，使用Method類的物件最大的用途並不是進行方法結構的剖析(Method方法缺陷就是無法獲取引數具體名稱定義)，最大的用途在於可以實現方法的反射呼叫

　　使用如上的形式代替掉傳統的關鍵字new以及明確的“物件.方法()”形式，本質上來將就是為了進行解耦合設計。

反射呼叫成員屬性

　　類中除了提供有構造還有方法之外，最為重要的概念就是屬性，因為在不同的物件裡面所儲存的內容就屬於屬性的資訊，屬性嚴格來講在Java中成為成員，所以如果要想獲得所有程式的資訊，就需要通過Class類的物件來完成。

public Field[] getFields() -->獲取所有繼承而來的public成員
public Field getField(String name) -->獲取一個指定名稱的成員
public Field[] getDeclaredFields() -->獲取本類定義的全部成員
public Field getDeclaredField(String name) -->獲取本類中指定名稱的成員物件

　　對於成員來講一定分為本類成員、父類成員以及介面中的常量成員等資訊，那麼下面來獲取這些資訊。

　　在實際專案開發過程之中，如果使用反射進行處理的時候，一般來講都會採用“getDeclaredFields、getDeclaredField”，方式來獲取本類的操作屬性(即便使用了private封裝也可以返回)，所有的成員在Java中都使用Field型別來進行描述。

Field類的相關方法

public Object get(Object obj) -->獲取指定成員的內容
public void set(Object obj, Object value) -->設定成員的屬性內容
public String getName() -->獲取成員名稱
public Class<?> getType() -->獲取成員型別
public void setAccessible(boolean flag) -->設定封裝的可見性

　　如果在一個類的物件裡面要進行成員的操作，那麼一定要首先獲取本類的例項化物件，然後才可以進行，在Field類中就直接提供有set()方法設定屬性，get()方法獲取屬性的操作。

通過Field實現屬性的直接操作

　　從上面例子我們可以看到，童話裡都是騙人的，設定為private私有屬性，直接可以用反射暴力(setAccessible)開啟可見性。對於屬性的操作一般還是建議通過setter、getter方法完成，Field類只是表示有這種能力，但並不推薦。

Unsage工具類

　　java.lang.reflect 本身所描述的是一種反射的基本操作功能，除了這個基本的功能之外，在JDK裡面還提供有一個比較特殊的反射類：sun.misc.Unsafe (按照Java開發的原則來將，所有以“sun”開頭的包一般都不建議呼叫，因為這些包都會與作業系統的底層有關，可以直接通過C++程式碼進行操作)，其中Unsafe類可以實現在沒有例項化物件的情況下進行類中方法的呼叫，在這個類中提供有如下兩個重要的結構

private Unsafe(){}
private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe();

　　一般在單例設計模式之中，如果類中的構造方法被私有化了，往往會提供有一個static方法獲取本類物件，但是Unsafe類沒有這樣的處理方法，這個時候可以考慮通過反射的機制來獲取內部提供的“theUnsafe”物件

獲取Unsafe類物件的例項

　　獲取Unsafe類的物件例項最為重要的目的是可以繞過JVM的管理機制來實現一些類的呼叫處理，例如：傳統的開發之中，只要呼叫類中的普通方法，就必須有例項化物件存在，但是如果使用了Unsafe類，這個機制就可以被打破了。

通過Unsafe類繞過JVM的物件管理機制實現方法呼叫

結尾

　　通過上面一系列的學習，你已經學會了反射的基本方法呼叫，實際開發中還需要多多應用實戰練習，利用反射可以大幅度減少重複性程式碼的開發。

　　通過一系列的分析可以發現利用Unsafe類的物件例項可以直接繞過JVM執行機制，從而直接實現指定類的方法呼叫，並且連例項化物件的操作全部省略了。

Java 從入門到精通-反射機制

導讀

認識反射機制

簡單例子

Class類物件例項化

反射例項化類物件

反射物件例項化

傳統物件例項化

反射物件例項化

反射與工廠設計模式

反射機制與單例設計模式

反射獲取類結構資訊

獲取類結構資訊

反射呼叫構造方法

反射呼叫方法

反射呼叫成員屬性

Field類的相關方法

通過Field實現屬性的直接操作

Unsage工具類

獲取Unsafe類物件的例項

通過Unsafe類繞過JVM的物件管理機制實現方法呼叫

結尾

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