Java反射研究和实践

Posted by CrazyCodeBoy on December 2, 2015
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Java反射研究和实践

概述

Java的反射机制是Java语言动态性的一种体现。反射机制是通过反射API来实现的,它允许程序在运行过程中取得任何一个已知名称的类的内部信息,包括其中的构造方法、声明的字段和定义的方法等。这不得不说是一个很强大的能力。
正如英文单词reflection的含义一样,使用反射API的时候就好像在看一个Java类在水中的倒影一样。知道了Java类的内部结构之后,就可以与它进行交互,包括创建新的对象和调用对象中的方法等。这种交互方式与直接在源代码中使用的效果是相同的,但是又额外提供了运行时刻的灵活性。使用反射的一个最大的弊端是性能比较差。相同的操作,用反射API所需的时间大概比直接的使用要慢一两到三个数量级。不过现在的JVM实现中,反射操作的性能已经有了很大的提升。

基本用法

说到反射的用法不得不提java.lang.Class类,通过该类的对象就的方法可以获取到该类中的构造方法、域和方法。对应的方法分别是getConstructorgetFieldgetMethod。这三个方法还有相应的getDeclaredXXX版本,区别在于getDeclaredXXX版本的方法会获取该类自身所声明的所有字段包括public, protected, default (package), 和 private,但不会获取继承下来的字段。
Java反射API位于java.lang.reflect包中。主要包括以下几类:
Constructor类:用来描述一个类的构造方法。
Field类:用来描述一个类的成员变量。
Method类:用来描述一个类的方法。
Modifer类:用来描述类内各元素的修饰符。
Array:用来对数组进行操作。
Constructor、Field和Method这三个类分别表示类中的构造方法、字段和方法。

获取类的构造方法

java.lang.Class提供了4种获取类构造方法的反射调用:

  • Constructor getConstructor(Class[] params) -获得使用特殊的参数类型的公共构造函数
  • Constructor[] getConstructors() -获得类的所有公共构造函数
  • Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params) -获得使用特定参数类型的构造函数(不包含继承的构造方法)
  • Constructor[] getDeclaredConstructors() -获得类的所有构造函数(不包含继承的构造方法)

调用这些方法会返回一个或多个 java.lang.reflect.Constructor 对象。Constructor 类定义了newInstance 方法,它采用一组对象作为其唯一的参数,然后返回新创建的原始类实例。该组对象是用于构造函数调用的参数值。
第一步:获取类的Class对象
方式一:通过将目标类装入到虚拟机的方式获得该类的Class对象

Class<?> cls=Class.forName("java.lang.String");	  

此种方式通常会用在无法直接引用目标类的情况。 方式二:通过类或类的对象获取类的Class对象

Class<?> cls=String.class;

String str="";
Class<?> cls=str.getClass()
Class<?> cls=Class.forName("java.lang.String");

第二步:根据需要调用Class对象的4种获取构造方法的一种,获取到类的构造方法

1.通过参数获取类的指定公共构造方法

	
Class<?>[]parameterTypes=new Class[]{String.class};
System.out.println("1.通过参数获取类的指定公共构造方法: ");
Constructor<?>constructor=cls.getConstructor(parameterTypes);
System.out.println("constructor:"+constructor.toString());

2.通过参数获取类的指定构造方法

Class<?> cls=Class.forName("java.lang.String");	
Class<?>[]parameterTypes2=new Class[]{char[].class,boolean.class};
System.out.println("2.通过参数获取类的指定构造方法: ");
Constructor<?>constructor2=cls.getDeclaredConstructor(parameterTypes2);
System.out.println("constructor2:"+constructor2.toString());

3.获取所有的公共构造方法

System.out.println("3.获取所有的公共构造方法");
Constructor<?>[]allPubConstructors=cls.getConstructors();
for (int i = 0; i < allPubConstructors.length; i++) {
	System.out.println("总共:"+allPubConstructors.length+"当前第"+(i+1)+"个 "+allPubConstructors[i].toString());
}

4.获取所有本类定义的构造方法

System.out.println("4.获取所有本类定义的构造方法");
Constructor<?>[]allOwnConstructors=cls.getDeclaredConstructors();
for (int i = 0; i < allOwnConstructors.length; i++) {
	System.out.println("总共:"+allOwnConstructors.length+"当前第"+(i+1)+"个 "+allOwnConstructors[i].toString());
}

5.获取类的默认构造方法

System.out.println("5.获取类的默认构造方法");
Constructor<?>defaultConstructor=Person.class.getConstructor();
defaultConstructor.newInstance();
System.out.println(cls.toString()); 

通过反射获取类的实例

上文中已经通过反射获取到类的构造方法也就是Constructor对象。Constructor对象提供了public T newInstance(Object ... initargs)方法,该方法返回类的实例,其中initargs作为调用类的构造方法的参数数组,反射API会根据数组中元素的类型和个数选择调用类的相应构造方法。

Class<?>[]parameterTypes2=new Class[]{char[].class,boolean.class};
System.out.println("2.通过参数获取类的指定构造方法: ");
Constructor<?>constructor2=cls.getDeclaredConstructor(parameterTypes2);
System.out.println("constructor2:"+constructor2.toString());
constructor2.setAccessible(true);
char[] chars={'a',' ','s','t','u','d','e','n','t'};
Object object=constructor2.newInstance(chars,false);
System.out.println(object.toString());

上面代码中constructor2.setAccessible(true)的意思是告诉虚拟机,当调用该构造方法时,不用进行访问权限的控制,也就是给反射开个绿灯。相应地Method,Field以及Constructor类都直接或间接的继承了AccessibleObject类,该类提供了将反射的对象标记为在使用时取消默认 Java 语言访问控制检查的能力。所以说在使用Method,Field以及Constructor类的对象时,如果该对象所表示的方法或字段是非public的,那么在访问它之前需要调用 public void setAccessible(boolean flag)方法将该对象的访问控制权限取消,否则java的异常处理机制会告诉你 can not access a member of class

通过反射获取和修改类中的字段

和获取类的构造方法相似的是Class类同样也提供了获取类中字段的4种调用:

Field getField(String name) – 获得命名的公共字段
Field[] getFields() – 获得类的所有公共字段
Field getDeclaredField(String name) – 获得类声明的命名的字段
Field[] getDeclaredFields() – 获得类声明的所有字段
同样getField与getFields可以获得当前类中以及继承的public字段,getDeclaredField与getDeclaredFields则可以获得当前类中声明的所有字段,但不能获取继承的字段。
java.lang.reflect.Field表示类中的字段,该类提供了getXXX 和 setXXX 方法,以及get 和 set 方法来获取和设置该字段的值。大家可以根据实际的字段类型自行选择一种适当的方法。 先看一下一会要用到的Person类,该类是一个简单的JavaBean。

public class Person {
	private static int height;
	private int age;
	private String name;
/******其他代码省略******/

1.获取类的字段

获取指定字段:

Person person=new Person();
Class<?>cls=person.getClass();
Field field=cls.getDeclaredField("age");
field.set(person,18);
System.out.println(field.toString());

获取类的所有字段

  • 获取该类以及继承的所有公有字段
System.out.println("获取该类以及继承的所有公有字段");
Field[]fields=cls.getFields();
for (int i = 0; i < fields.length; i++) {
	System.out.println("总共:"+fields.length+"当前第"+(i+1)+"个 "+fields[i].toString());
}
  • 获取该类的所有字段
System.out.println("获取该类的所有字段");  
Field[]fields2=cls.getDeclaredFields();
for (int i = 0; i < fields2.length; i++) {
	System.out.println("总共:"+fields2.length+"当前第"+(i+1)+"个 "+fields2[i].toString());
}

2.修改字段

修非静态字段
非静态字段和方法属于类的对象所有,所以要修改类的非静态字段需要一个该类的对象。

Person person=new Person();
Class<?>cls=person.getClass();
Field field=cls.getDeclaredField("age");
field.setAccessible(true);
field.set(person,18);
System.out.println(field.get(person));

需要指出的是如果字段是非public的,需要在访问该字段前取消该字段的访问权限控制field.setAccessible(true),那么对于一个final字段是否可以通过反射修改它的值呢,答案是肯定的,前提同样是在访问该字段前取消该字段的访问权限控制。但如果该字段既被final修饰又被static修饰,那么是无法修改的。
修改静态字段
和修改非静态字段相比,修改类的静态字段就要轻松的多了,因为静态字段属于类所有,所以在修改静态字段的时候就不需要再传递一个该类的对象了。

System.out.println("修改类的静态字段");
Field field2=cls.getDeclaredField("height");
field2.setAccessible(true);
field2.set(null, 180);
System.out.println(field2.get(null));

通过反射获取并调用类中的方法

Class类提供了以下4种方式来获取类中的方法:
Method getMethod(String name, Class[] params) – 使用特定的参数类型,获得命名的公共方法
Method[] getMethods() – 获得类的所有公共方法
Method getDeclaredMethod(String name, Class[] params) – 使用特写的参数类型,获得类声明的命名的方法
Method[] getDeclaredMethods() – 获得类声明的所有方法
与获取类中字段类似,前两个方法用于获取类中以及继承的所有公共方法 。后两个方法用于获取当前类中(不包含继承)所有的方法。以上4种方法返回的是Method对象,Method类中提供了public Object invoke(Object obj, Object... args)通过该方法我们可以调用任何一个类的任何一个方法。invoke 方法使用两个参数,为调用提供类实例和参数值数组。

调用非静态的方法

Person person=new Person();
Class<?>cls=person.getClass();
Method method=cls.getMethod("setAge", new Class[]{int.class});
method.invoke(person, 18);
Method method2=cls.getMethod("getAge", new Class[]{});
Object object=method2.invoke(person, new Object[0]);
System.out.println(object.toString());

调用静态方法

System.out.println("调用静态的方法");
Class<?> cls2=Class.forName("java.lang.String");
Method method3=cls2.getMethod("valueOf", new Class[]{long.class});
Object object2=method3.invoke(null, 123);
System.out.println(object2.toString());

非静态方法属于类方法,所以调用的时候可以将invoke的第一参数省去。

通过反射动态创建和访问数组

java.lang.reflect.Array 类提供的静态方法的集合。该类中的方法使您能够创建新数组,获得数组对象的长度,读和写数组对象的索引值。

Class<?>componentType=Class.forName("java.lang.String");
Object array=Array.newInstance(componentType, 10);
Array.set(array, 5, "通过反射动态创建和访问数组 ");
System.out.println(Array.get(array, 5));

上述代码中Array.newInstance(componentType, 10);表示创建一个componentType类型大小为10的数组。Array.set(array, 5, "通过反射动态创建和访问数组 ");表示将数组第6个元素修改为”通过反射动态创建和访问数组 “,Array.get(array, 5)表示访问数组中第6个元素的值。

反射的应用

Java反射与动态代理

Java反射与动态代理

反射在orm框架上的使用

待续…

最后

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