Java回顾之反射

　　第一篇：Java回顾之I/O

　　第二篇：Java回顾之网络通信

　　第三篇：Java回顾之多线程

　　第四篇：Java回顾之多线程同步

　　第五篇：Java回顾之集合

　　第六篇：Java回顾之序列化

 

　　在这一篇文章里，我们关注反射及其相关话题。

　　反射可以帮助我们查看指定类型中的信息、创建类型的实例，调用类型的方法。我们平时使用框架，例如Spring、EJB、Hibernate等都大量的使用了反射技术。

　　反射简单示例

　　下面来演示反射相关的基本操作

　　首先是基础代码，我们定义一个接口及其实现，作为我们反射操作的目标：

interface HelloWorldService
{
    void sayHello(String name);
}

class MyHelloWorld implements HelloWorldService
{
    public String name;
    
    
    public void sayHello(String name)
    {
        System.out.println("Hello " + name + ".");
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

　　获取方法及字段信息　　

　　下面的代码会输出给定类型中的方法和字段的声明信息：

private static void printClassTypeInfo(String type) throws ClassNotFoundException
{
    Class classType = Class.forName(type);
    Method[] methods = classType.getDeclaredMethods();
    System.out.println("Methods info as below:");
    for(Method method : methods)
    {
        System.out.println(method.toGenericString());
    }
    Field[] fields = classType.getFields();
    System.out.println("Fields info as below:");
    for (Field field : fields)
    {
        System.out.println(field.toGenericString());
    }
}

　　在使用反射时，我们一般会使用java.lang.reflect包中的内容。

　　然后我们调用下面的代码：

printClassTypeInfo("sample.reflection.MyHelloWorld");

　　输出结果如下：

Methods info as below:
public void sample.reflection.MyHelloWorld.sayHello(java.lang.String)
public java.lang.String sample.reflection.MyHelloWorld.getName()
public void sample.reflection.MyHelloWorld.setName(java.lang.String)
Fields info as below:
public java.lang.String sample.reflection.MyHelloWorld.name

　　实例化对象

　　我们可以使用class.netInstance的方式来创建一个对象，代码如下：

private static void createInstanceTest() throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException
{
    Class classType = Class.forName("sample.reflection.MyHelloWorld");
    MyHelloWorld hello = (MyHelloWorld)classType.newInstance();
    hello.sayHello("Zhang San");
}

　　输出结果：

Hello Zhang San.

　　调用对象的方法

　　我们可以通过方法的名称以及参数类型构建一个Method实例，然后调用Method的invoke方法，来触发方法。

　　示例代码如下：

private static void invokeMethodTest() throws InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException
{
    Class classType = Class.forName("sample.reflection.MyHelloWorld");
    MyHelloWorld hello = (MyHelloWorld)classType.newInstance();
    Method method = classType.getMethod("sayHello", new Class[]{String.class});
    method.invoke(hello, new Object[]{"Zhang San"});
}

　　输出结果同上。

　　修改字段的值

　　和C#不同，Java中一般使用setxxx和getxxx显示为属性赋值，因此Java中并没有Property类型，而是有Field类型。

　　我们可以对Field的值进行修改，代码如下：

private static void setFieldTest() throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException
{
    Class classType = Class.forName("sample.reflection.MyHelloWorld");
    MyHelloWorld hello = (MyHelloWorld)classType.newInstance();
    System.out.println("name is " + hello.name);
    Field field = classType.getField("name");
    field.set(hello, "Zhang San");
    System.out.println("name is " + hello.name);
}

　　执行结果如下：

name is null
name is Zhang San

　　可以看出，我们成功的修改了name的值。

　　Annotation探索

　　一开始我们提到，反射是很多技术的基础，Annotation就是这样的，我们可以把Annotation看做是C#中的Attribute，它可以对类型、方法、属性、字段、方法参数等信息进行修饰。我们可以使用“@+Annotation名”的方式来使用Annotation。

　　Annotation基本操作

　　来看下面的代码，我们定义了基于Type、Method、Parameter和Field上面的Annotation示例：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@interface ClassAnnotation
{
    public String value();
}

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@interface MethodAnnotation
{
    public String methodName();
    public String returnType();
}

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@interface ParameterAnnotation
{
    public String value();
}

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@interface FieldAnnotation
{
    public String value();
}

　　接着，我们定义了一个MyClass类型，使用了上述的Annotation：

@ClassAnnotation("这是作用在类型上的Annotation")
class MyClass
{
    @MethodAnnotation(methodName="printInfo", returnType="void")
    public void printInfo(String info)
    {
        System.out.println(info);
    }
    
    @MethodAnnotation(methodName="printError", returnType="void")
    public void printError(@ParameterAnnotation("这是作用在参数上的Annotation")String error)
    {
        System.err.println(error);
    }
    
    @FieldAnnotation("这是作用在字段上的Annotation")
    public int count;
}

　　对于使用了Annotation，我们可以获取其中的信息，下面两种方式都可以获取Annotation，第一种方式是通过反射遍历类型及其方法、字段，一一读取Annotation信息；第二种方式是读取指定类型的Annotation：

private static void annotationTest1()
{
    MyClass temp = new MyClass();
    
    Annotation[] annotations = temp.getClass().getAnnotations();
    for(Annotation a : annotations)
    {
        System.out.println(a.toString());
    }
    
    Method[] methods = temp.getClass().getDeclaredMethods();
    for(Method method : methods)
    {
        annotations = method.getAnnotations();
        for(Annotation a : annotations)
        {
            System.out.println(a.toString());
        }
        Annotation[][] paraAnnotations = method.getParameterAnnotations();
        for(int i = 0; i < paraAnnotations.length; i++)
        {
            for (Annotation a : paraAnnotations[i])
            {
                System.out.println(a.toString());
            }
        }
    }
    
    Field[] fields = temp.getClass().getFields();
    for (Field field : fields)
    {
        annotations = field.getAnnotations();
        for(Annotation a : annotations)
        {
            System.out.println(a.toString());
        }
    }
}

private static void annotationTest2() throws ClassNotFoundException
{
    Class classType = Class.forName("sample.reflection.annotation.MyClass");
    boolean flag = classType.isAnnotationPresent(ClassAnnotation.class);
    if (flag)
    {
        ClassAnnotation annotation = (ClassAnnotation) classType.getAnnotation(ClassAnnotation.class);
        System.out.println(annotation.toString());
    }
    Method[] methods = classType.getMethods();
    for(Method method : methods)
    {
        if (method.isAnnotationPresent(MethodAnnotation.class))
        {
            System.out.println(((MethodAnnotation)method.getAnnotation(MethodAnnotation.class)).toString());
        }
        Annotation[][] paraAnnotations = method.getParameterAnnotations();
        for(int i = 0; i < paraAnnotations.length; i++)
        {
            for (Annotation a : paraAnnotations[i])
            {
                System.out.println(a.toString());
            }
        }
    }
    Field[] fields = classType.getFields();
    for (Field field:fields)
    {
        if (field.isAnnotationPresent(FieldAnnotation.class))
        {
            System.out.println(((FieldAnnotation)field.getAnnotation(FieldAnnotation.class)).toString());
        }
    }
}

　　上述两个方法的输出都是一样的，如下：

@sample.reflection.annotation.ClassAnnotation(value=这是作用在类型上的Annotation)
@sample.reflection.annotation.MethodAnnotation(methodName=printInfo, returnType=void)
@sample.reflection.annotation.MethodAnnotation(methodName=printError, returnType=void)
@sample.reflection.annotation.ParameterAnnotation(value=这是作用在参数上的Annotation)
@sample.reflection.annotation.FieldAnnotation(value=这是作用在字段上的Annotation)

　　在WebService中使用Annotation

　　上述代码看上去可能有些枯燥，不能显示出Annotation的威力，那么我们接下来看WebService，在WebService中，我们可以使用WebMethod、WebParam等Annotation来声明方法或者参数。

　　接下来，我们来实现一个非常简单的Web服务：

@WebService(targetNamespace="http://test", serviceName="HelloService")
public class HelloServiceProvider
{
    @WebResult(name="HelloString")
    @WebMethod
    public String sayHello(@WebParam(name="userName") String name)
    {
        return "Hello " + name;
    }
    
    @Oneway
    @WebMethod(action="userLogin", operationName="userLogin")
    public void login()
    {
        System.out.println("User has logged on.");
    }
    
    public static void main(String[] args)
    {
        Thread thread = new Thread(new HelloServicePublisher());
        thread.start();
    }
}

　　然后定义一个Publisher：

class HelloServicePublisher implements Runnable
{
    public void run()
    {
        Endpoint.publish("http://localhost:8888/test/HelloService", new HelloServiceProvider());
    }
}

　　在命令行中，我们定位到源代码路径，执行下面的命令：

wsgen -cp . HelloServiceProvider

　　wsgen位于JDK的bin目录中。

　　然后我们启动HelloServiceProvider，在浏览器中输入如下地址：http://localhost:8888/test/HelloService，可以看到如下信息：

　　点击WSDL链接，可以看到：

<!-- Published by JAX-WS RI at http://jax-ws.dev.java.net. RI's version is JAX-WS RI 2.2.4-b01. --><!-- Generated by JAX-WS RI at http://jax-ws.dev.java.net. RI's version is JAX-WS RI 2.2.4-b01. --><definitions targetNamespace="http://test" name="HelloService"><types><xsd:schema><xsd:import namespace="http://test" schemaLocation="http://localhost:8888/test/HelloService?xsd=1"/></xsd:schema></types><message name="sayHello"><part name="parameters" element="tns:sayHello"/></message><message name="sayHelloResponse"><part name="parameters" element="tns:sayHelloResponse"/></message><message name="userLogin"><part name="parameters" element="tns:userLogin"/></message><portType name="HelloServiceProvider"><operation name="sayHello"><input wsam:Action="http://test/HelloServiceProvider/sayHelloRequest" message="tns:sayHello"/><output wsam:Action="http://test/HelloServiceProvider/sayHelloResponse" message="tns:sayHelloResponse"/></operation><operation name="userLogin"><input wsam:Action="userLogin" message="tns:userLogin"/></operation></portType><binding name="HelloServiceProviderPortBinding" type="tns:HelloServiceProvider"><soap:binding transport="http://schemas.xmlsoap.org/soap/http" style="document"/><operation name="sayHello"><soap:operation soapAction=""/><input><soap:body use="literal"/></input><output><soap:body use="literal"/></output></operation><operation name="userLogin"><soap:operation soapAction="userLogin"/><input><soap:body use="literal"/></input></operation></binding><service name="HelloService"><port name="HelloServiceProviderPort" binding="tns:HelloServiceProviderPortBinding"><soap:address location="http://localhost:8888/test/HelloService"/></port></service></definitions>

　　JDK中自带了Web服务器，我们不需要把上述代码部署到其他服务器中。

　　动态代理机制

　　Spring中一大特色是AOP，面向方面编程也是框架设计一个趋势。对于业务中的共通操作，诸如记录日志、维护事务等，如果和业务逻辑纠缠在一起，会造成代码职责不清，后续维护困难等问题。利用AOP，我们可以很好的分离共通操作和业务操作。

　　下面我们来实现一个简单的AOP框架，要实现这样一个框架，需要3部分：1）InvocationHandler，来触发方法；2）Interceptor，来定义拦截器；3）DynamicProxy，来动态创建代理对象。

　　首先我们看Interptor的定义：

interface AOPInterceptor
{
    public void before(Method method, Object[] args);
    public void after(Method method, Object[] args);
    public void afterThrowing(Method method, Object[] args);
    public void afterFinally(Method method, Object[] args);
}

　　接下来是InvocationHandler：

class DynamicProxyInvocationHandler implements InvocationHandler
{
    private Object target;
    private AOPInterceptor interceptor;

    public DynamicProxyInvocationHandler(Object target, AOPInterceptor interceptor)
    {
        this.target = target;
        this.interceptor = interceptor;
    }
    
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable 
    {
        try
        {
            interceptor.before(method, args);
            Object returnValue = method.invoke(target, args);
            interceptor.after(method, args);
            return returnValue;
        }
        catch(Throwable t)
        {
            interceptor.afterThrowing(method, args);
            throw t;
        }
        finally
        {
            interceptor.afterFinally(method, args);
        }
    }
}

　　最后是DynamicProxy：

class DynamicProxyFactoryImpl implements DynamicProxyFactory
{
    public <T> T createProxy(Class<T> clazz, T target, AOPInterceptor interceptor)
    {
        InvocationHandler handler = new DynamicProxyInvocationHandler(target, interceptor);
        return (T)Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), new Class<?>[] {clazz}, handler);
    }
}

　　至此，我们构建了一个”简易“的AOP拦截器。下面我们来创建一些测试代码。

　　首先是实现AOPInterceptor接口：

class MyInterceptor implements AOPInterceptor
{

    public void after(Method method, Object[] args) {
        System.out.println("方法执行结束。");
    }

    public void afterFinally(Method method, Object[] args) {
        System.out.println("方法体Finally执行结束。");
    }

    public void afterThrowing(Method method, Object[] args) {
        System.out.println("方法抛出异常。");
    }

    public void before(Method method, Object[] args) {
        System.out.println("方法开始执行");
    }
}

　　然后利用本文一开始定义的HelloWorldService，来完成测试，需要在MyHello的sayHello方法最后，追加一行代码：

throw new RuntimeException();

　　接着是测试代码：

private static void test()
{
    MyInterceptor interceptor = new MyInterceptor();
    HelloWorldService hello = new MyHelloWorld();
    DynamicProxyFactory factory = new DynamicProxyFactoryImpl();
    HelloWorldService proxy = factory.createProxy(HelloWorldService.class, hello, interceptor);
    proxy.sayHello("Zhang San");
}

　　最终，执行结果如下：

方法开始执行
Hello Zhang San.
方法抛出异常。
方法体Finally执行结束。
Exception in thread "main" java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException
    at sample.reflection.dynamicproxy.$Proxy0.sayHello(Unknown Source)
    at sample.reflection.dynamicproxy.Sample.test(Sample.java:18)
    at sample.reflection.dynamicproxy.Sample.main(Sample.java:9)
Caused by: java.lang.reflect.InvocationTargetException
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Unknown Source)
    at sample.reflection.dynamicproxy.DynamicProxyInvocationHandler.invoke(Sample.java:60)
    ... 3 more

　　可以看出，我们已经在业务执行的前、后、异常抛出后以及finally执行后进行了拦截，达到了我们期望的效果。