反射

反射

反射：运行时的类信息

概述

Reflection（反射）是Java被视为动态语言的关键，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，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象就包含了完整的类的结构信息。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，透过这个镜子看到类的结构。所以，我们形象地称之为：反射。

Java反射的优点和缺点

  • 优点：可以实现动态创建对象和编译，体现了很大的灵活性。

  • 缺点：对性能有影响。使用反射基本上是一种解释操作，这类操作总是慢于直接执行相同的操作。

Class类

通过反射可以得到的信息：某个类的属性、方法和构造器、实现的接口。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对象只能由系统创建
  • 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
  • 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

Class类的常用方法

方法名 说明
static Class forName(String name) 返回指定类名name的Class对象
Object newInstance() 调用缺省构造函数，返回Class对象的一个实例
getName() 返回此Class对象所表示的实体（类，接口，数组类或void）的名称
Class getSuperClass() 返回当前Class对象的父类的Class对象
Class[] getInterfaces() 获取当前Class对象所表示的类或接口实现的接口
ClassLoader getClassLoader() 返回该类的类加载器
Constructor[] getConstructors() 返回一个包含某些Constructor对象的数组，这些对象反映声明为此Class对象所表示的类的指定公共构造方法
Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) 返回一个Method对象，它反映此Class对象所表示的接口或类的指定公共成员方法
Field[] getDeclaredFields() 返回Field对象的一个数组，这些对象反映此Class对象所表示的类或接口所声明的所有字段。

获取Class类的实例

  1. 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;

  2. 已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象

    Class clazz = person.getClass();

  3. 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

    Class clazz = Class.forName("包名.类名");

  4. 内置基本数据类型可以直接用类名.Type

  5. 利用ClassLoader

所有类型的Class对象

  • class
  • interface
  • []
  • enum
  • annotation
  • primitive type
  • void

类加载内存分析

Java内存分析

Java内存 说明
堆 存放new的对象和数组；可以被所有的线程共享，不会存放别的对象引用
栈 存放基本变量类型（会包含这个基本类型的具体数值）；引用对象的变量（会存放在这个引用在堆里面的具体地址）
方法区 可以被所有线程共享；包含了所有的Class和static变量

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来对该类进行初始化。

  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
  3. 类的初始化（Initialize）
    • JVM负责对类进行初始化

类的加载和ClassLoader的理解

  • 加载：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为方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.Class对象
  • 链接：将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。
    • 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：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。
  • 初始化：
    • 执行类构造器()方法的过程。类构造器()方法是由编译器自动收集类中所有变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造信息的，不是构造该类对象的构造器）。
    • 初始化一个类时，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()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

类的初始化

  • 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，则会先初始化它的父类
  • 类的被动引用（不会发生类的初始化）
    • 当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化。当子类引用父类的静态变量，不会导致父类的初始化
    • 通过数组定义类引用，不会触发类的初始化
    • 引用常量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）

类加载器的作用

  • 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区的运行时数据结构，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
  • 类缓存：标准的Java SE类加载器可以按要求查找类，但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收这些Class对象

类加载器的类型

JVM规范定义了如下类型的类加载器

类型 说明
引导类加载器（Bootstap ClassLoader） 用C++编写的，是JVM自带的类加载器，负责装载Java平台核心库。该加载器无法直接获取
扩展类加载器（Extension ClassLoader） 负责将jre/lib/ext目录下的jar包或 -D java.ext.dirs指定目录下的jar包装入工作库
系统类加载器（System ClassLoader==AppClassLoader） 负责将 java -classpath 或 -D java.class.path所指目录下的类与jar包装入工作库，是最常用的加载器

获取运行时类的完整结构

说明：假设有一个Class对象c1

所有Declared都对应一个没有Declared的方法

知道可以获取类的哪些结构即可，具体方法可在IDE里具体实践

类的结构 常用获取方法
Field c1.getDeclaredField(String name);c1.getDeclaredFields()
Method c1.getDeclaredMethod(String name, Class<?> ...parameterTypes);c1.getDeclaredMethods()
Constructor c1.getDeclaredConstructor( Class<?> ...parameterTypes);c1.getDeclaredConstructors()
SuperClass c1.getSuperClass;c1.getAnnotatedSuperClass();c1.getGenericSuperClass()
Interface c1.getInterfaces();c1.getAnnotatedInterfaces();c1.getGenericInterfaces()
Annotation c1.getDeclaredAnnotations();c1.getDecalaredAnnotation(Class annotationClass)

通过newInstance()创建类的对象

  • 调用Class对象的newInstance()方法

    • 类必须有一个无参的构造器

    • 类构造器的访问权限需要足够

  • 调用Constructor的newInstance(...initargs)方法

    • 通过Class类的getDeclaredConstructor(Class ... parameterTypes)取得本类的指定形参的构造器

    • 调用constructor.newInstance(...initargs)

通过反射调用指定方法

  1. 通过Class类的getMethod(String name, Class ... parameterTypes)方法取得一个Method对象
  2. 之后使用Object invoke(Object obj, Object[] args)进行调用，并向方法中传递要设置的obj对象参数信息

Object invoke(Object obj, Object[] args)

  • 若原方法为静态方法，此时形参Object obj可为null
  • 若原方法形参列表为空，则Object[] args为null(可不填)
  • 若原方法声明为private，则需要在调用此invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，才可访问private方法

例子：

package com.czf.reflection;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class Test09 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        //通过Constructor实例化对象
        Class c1 = Class.forName("com.czf.reflection.User");
        Constructor constructor = c1.getConstructor(String.class, int.class, int.class);
        User user = (User)constructor.newInstance("Zephyr", 01, 21);
        System.out.println(user);
        System.out.println("-----------------------------------------------------------");
        //获取Method对象并invoke
        Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName");
        System.out.println(getName.invoke(user));
        System.out.println("-----------------------------------------------------------");
        //操纵属性
        Field age = c1.getDeclaredField("age");
        age.setAccessible(true);    //关闭安全检测，否则无法访问private修饰的字段，报错
        age.set(user, 18);
        System.out.println(user.getAge());
        System.out.println("-----------------------------------------------------------");
        //访问private方法
        Method setAge = c1.getDeclaredMethod("setAge", int.class);
        setAge.setAccessible(true);
        setAge.invoke(user, 21);
        System.out.println(user.getAge());
    }
}

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 +
                '}';
    }
}

控制台输出：

User{name='Zephyr', id=1, age=21}
-----------------------------------------------------------
Zephyr
-----------------------------------------------------------
18
-----------------------------------------------------------
21

setAccessible

  • Method和Field、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
  • 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
    • 如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁被调用，那么设置为true可以大大提高效率
    • 使得原本无法访问的私有成员也可以访问
  • 参数值为false(默认)则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查

反射操作泛型

java采用泛型擦除的机制来引入泛型，Java中的泛型仅仅是给编译器javac使用的，确保数据的安全性和免除强制类型转换问题，一旦编译完成，所有和泛型有关的类型全部擦除

为了通过反射操作泛型，Java新增了ParameterizedType，GenericArrayType，TypeVariable和WildcardType几种类型来代表不能归一到Class类中的类型但是又和原始类型齐名的类型

  • ParameterizedType：表示一种参数化类型，比如Collection
  • GenericArrayType：表示一种元素类型是参数化类型或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

例子：

package com.czf.reflection;

import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedList;

//通过反射获取泛型
public class Test10 {

    public void test01(HashMap<Integer, User> map, LinkedList<User> linkedList){
    }

    public HashMap<Integer, User> test02(){
        return null;
    }
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
        Method method = Test10.class.getMethod("test01", HashMap.class, LinkedList.class);
        //获取泛型信息
        Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
        for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
            System.out.println("#" + genericParameterType);
            if(genericParameterType instanceof ParameterizedType){
                Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    System.out.println(actualTypeArgument);
                }
            }
        }
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        method = Test10.class.getMethod("test02", null);
        Type genericReturnType = method.getGenericReturnType();
        if(genericReturnType instanceof ParameterizedType){
            Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

控制台输出：

#java.util.HashMap<java.lang.Integer, com.czf.reflection.User>
class java.lang.Integer
class com.czf.reflection.User
#java.util.LinkedList<com.czf.reflection.User>
class com.czf.reflection.User
-----------------------------------------------------
class java.lang.Integer
class com.czf.reflection.User

反射操作注解

  • getAnnotations
  • getAnnotation

ORM

Object relationship Mapping即对象关系映射

  • 类和表结构对应
  • 属性和字段对应
  • 对象和记录对应

可以利用自定义注解和反射完成类和表结构的映射关系

posted @ 2021-04-16 14:54  getHeading  阅读(101)  评论(0)    收藏  举报