打怪升级之小白的大数据之旅(二十九)＜Java面向对象进阶之反射＞
打怪升级之小白的大数据之旅(二十九)
Java面向对象进阶之反射
上次回顾
上一章介绍了网络编程，本章为大家带来反射，网络编程和反射都是理解的内容，实际开发中我们可能不会用到它，但是学习理解它们可以更好的帮助我们了解java…
反射
- java的反射，是为了让我们更清楚的理解类的创建，基本上java的框架，底层都是使用了反射来搭建的
- 反射概念：在运行期获取某类型的class对象，通过此对象来使用这个类型的数据
- 通俗一点在说，万物皆对象，还记得刚开始介绍java的时候么？java是编译性语言，先编译后运行，编译后会生成.class文件，而java程序的运行离不开类，下面我来介绍有关.class相关的知识
类加载
类在内存中的生命周期为: 加载->使用->卸载
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，系统会通过加载、链接、初始化三个步骤来对该类进行初始化，如果没有意外，JVM将会连续完成这三个步骤，所以有时也把这三个步骤统称为类加载
（1）加载：load
- 就是指将类型的class字节码数据读入内存
（2）链接：link
- ①验证：校验被加载的class文件的合法性，并且不会危害虚拟机的自身安全（文件格式验证，语义分析等）
- ②准备：为类变量分配内存（在方法区中）并设置初始值（0,null,false），为静态常量赋初始值（常量池中）
比如：public static int sector = 3;类变量在此阶段会被设置默认初始值为0，而不是3.
public static final int number = 3;静态常量在此阶段会被设置值为3 - ③解析：把字节码中的符号引用替换为对应的直接地址引用
符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。
直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
（3）初始化：initialize
- 为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化。
类初始化执行的是()，该方法会执行①类变量的显式赋值代码②静态代码块中的代码，用于给类变量初始化值。
示例代码
public class Demo {
static int a = test();
static int b = 10;
static final int c=20;
static {
System.out.println("1-->"+a);
System.out.println("2-->"+b);
System.out.println("3-->"+c);
}
static int test(){
System.out.println("4-->"+a);
System.out.println("5-->"+b);
System.out.println("6-->"+c);
return 1;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("7-->"+a);
System.out.println("8-->"+b);
System.out.println("9-->"+c);
}
}
/*运行结果
4-->0
5-->0
6-->20
1-->1
2-->10
3-->20
7-->1
8-->10
9-->20
*/
- 首先，类在加载的时候，常量是首先加载到常量池中的，然后就是成员属性，所以4,5,6会先输出
- 因为程序是自上而下顺序执行，所以将常量加载后就会加载类的属性，而a调用的test()方法时并没有初始化b的值，所以a,b都是默认值0
- 接着a接受了test方法的返回值，然后初始化了b的值，因此1,2,3的值是1,10,20
- main方法是程序的主入口，它是最后执行的，下面我来详细说明一下类的初始化
类初始化
哪些操作会导致类的初始化？
（1）运行主方法所在的类，要先完成类初始化，再执行main方法
（2）第一次使用某个类型就是在new它的对象，此时这个类没有初始化的话，先完成类初始化再做实例初始化
（3）调用某个类的静态成员（类变量和类方法），此时这个类没有初始化的话，先完成类初始化
（4）子类初始化时，发现它的父类还没有初始化的话，那么先初始化父类
（5）通过反射操作某个类时，如果这个类没有初始化，也会导致该类先初始化
示例代码
class Father{
static{
System.out.println("main方法所在的类的父类(1)");//初始化子类时，会初始化父类
}
}
public class TestClinit1 extends Father{
static{
System.out.println("main方法所在的类(2)");//主方法所在的类会初始化
}
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
new A();//第一次使用A就是创建它的对象，会初始化A类
B.test();//直接使用B类的静态成员会初始化B类
Class clazz = Class.forName("com.atguigu.test02.C");//通过反射操作C类，会初始化C类
}
}
class A{
static{
System.out.println("A类初始化");
}
}
class B{
static{
System.out.println("B类初始化");
}
public static void test(){
System.out.println("B类的静态方法");
}
}
class C{
static{
System.out.println("C类初始化");
}
}
哪些使用类的操作，但是不会导致类的初始化？
（1）使用某个类的静态的常量（static final）
（2）通过子类调用父类的静态变量，静态方法，只会导致父类初始化，不会导致子类初始化，即只有声明静态成员的类才会初始化
（3）用某个类型声明数组并创建数组对象时，不会导致这个类初始化
示例代码
public class TestClinit2 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(D.NUM);//D类不会初始化，因为NUM是final的
System.out.println(F.num);
F.test();//F类不会初始化，E类会初始化，因为num和test()是在E类中声明的
//G类不会初始化，此时还没有正式用的G类
G[] arr = new G[5];//没有创建G的对象，创建的是准备用来装G对象的数组对象
//G[]是一种新的类型，是数组类型，动态编译生成的一种新的类型
//G[].class
}
}
class D{
public static final int NUM = 10;
static{
System.out.println("D类的初始化");
}
}
class E{
static int num = 10;
static{
System.out.println("E父类的初始化");
}
public static void test(){
System.out.println("父类的静态方法");
}
}
class F extends E{
static{
System.out.println("F子类的初始化");
}
}
class G{
static{
System.out.println("G类的初始化");
}
}
类加载器
- 介绍完类的初始化，接着介绍类是怎么存储到内存中的，在java中，类的加载通过类加载器完成，JVM启动会先创建类加载器ClassLoader对象用来加载Java类
类加载器的分类
- 引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）又称为根类加载器
- 它负责加载jre/lib/rt.jar核心库
- 它本身不是Java代码实现的（HotSpot VM 中C++实现的），也不是ClassLoader的子类，获取它的对象时往往返回null
- 扩展类加载器（Extension ClassLoader）
- 它负责加载jre/lib/ext扩展库
- 它是ClassLoader的子类
- Java代码编写
- 应用程序类加载器（Application ClassLoader）
- 也称为系统类加载器System Class Loader
- 它负责加载项目的classpath路径下的类
- 它是ClassLoader的子类
Java代码编写
- 自定义类加载器
- 当你的程序需要加载“特定”目录下的类，可以自定义类加载器，必须继承自java.lang.ClassLoader类
- 当你的程序的字节码文件需要加密时，那么往往会提供一个自定义类加载器对其进行解码
- tomcat服务器中会应用到
- Java编写
Java系统类加载器的双亲委托模式
- 在JVM虚拟机中，如果一个类加载器收到类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器完成。
- 每个类加载器都是如此，只有当父加载器在自己的搜索范围内找不到指定的类时（即ClassNotFoundException），子加载器才会尝试自己去加载
- 也就是说，对于每个类加载器，只有父类（依次递归）找不到时，才自己加载 。这就是双亲委派模式
![在这里插入图片描述]()
获取类加载器的方式
//获取当前类的加载器
ClassLoader classLoader = Demo.class.getClassLoader();
//获取当前线程上下文类加载器
ClassLoader contextClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
//获取系统类加载器
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
示例代码：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(classLoader);
System.out.println(classLoader.getParent());
System.out.println(classLoader.getParent().getParent());
}
}
/*运行结果
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4554617c
null
*/
java.lang.Class类
介绍完类的加载过程、类的初始化器以及类加载后，下面我来介绍核心–>Class类
- 万物皆对象，每个类编译后生成的字节码文件，即class文件，在类加载后JVM会为每个class文件创建一个对象，也就是Class类的一个对象。
- 这个Class对象封装了类在方法区内的数据信息，并且向Java程序员提供了访问方法区内的类数据信息的接口
- Java反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法
- 对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性
- 这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为Java语言的反射机制
- 要想解剖一个类，必须先要获取到该类的Class对象。所以，Class对象是反射的根源
获取Class对象的方式
- 类型名.class
要求编译期间已知类型，所有的Java类型都可通过此方式获取Class对象 - 对象.getClass()
获取对象的运行时类型 - Class.forName(类型全名称)
可以获取编译期间未知的类型 - ClassLoader的类加载器对象.loadClass(类型全名称)
可以用系统类加载对象或自定义加载器对象加载指定路径下的类型
示例代码
public class TestClass {
@Test
public void test05() throws ClassNotFoundException{
Class c = TestClass.class;
ClassLoader loader = c.getClassLoader();
Class c2 = loader.loadClass("com.atguigu.test05.Employee");
Class c3 = Employee.class;
System.out.println(c2 == c3);
}
@Test
public void test03() throws ClassNotFoundException{
Class c2 = String.class;
Class c1 = "".getClass();
Class c3 = Class.forName("java.lang.String");
System.out.println(c1 == c2);
System.out.println(c1 == c3);
}
}
反射的应用
介绍完Class类，下面就是针对Class类的使用了，在java的框架中，基本上都是通过使用Class类这种反射机制来完成的
获取类型的详细信息
可以获取：包、修饰符、类型名、父类（包括泛型父类）、父接口（包括泛型父接口）、成员（属性、构造器、方法）、注解（类上的、方法上的、属性上的）
示例代码获取常规信息:
public class TestClassInfo {
public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException {
//1、先得到某个类型的Class对象
Class clazz = String.class;
//比喻clazz好比是镜子中的影子
//2、获取类信息
//（1）获取包对象，即所有java的包，都是Package的对象
Package pkg = clazz.getPackage();
System.out.println("包名：" + pkg.getName());
//（2）获取修饰符
//其实修饰符是Modifier，里面有很多常量值
/*
* 0x是十六进制
* PUBLIC = 0x00000001; 1 1
* PRIVATE = 0x00000002; 2 10
* PROTECTED = 0x00000004; 4 100
* STATIC = 0x00000008; 8 1000
* FINAL = 0x00000010; 16 10000
* ...
*
* 设计的理念，就是用二进制的某一位是1，来代表一种修饰符，整个二进制中只有一位是1，其余都是0
*
* mod = 17 0x00000011
* if ((mod & PUBLIC) != 0) 说明修饰符中有public
* if ((mod & FINAL) != 0) 说明修饰符中有final
*/
int mod = clazz.getModifiers();
System.out.println(Modifier.toString(mod));
//（3）类型名
String name = clazz.getName();
System.out.println(name);
//（4）父类，父类也有父类对应的Class对象
Class superclass = clazz.getSuperclass();
System.out.println(superclass);
//（5）父接口们
Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
for (Class class1 : interfaces) {
System.out.println(class1);
}
//（6）类的属性， 你声明的一个属性，它是Field的对象
/* Field clazz.getField(name) 根据属性名获取一个属性对象，但是只能得到公共的
Field[] clazz.getFields(); 获取所有公共的属性
Field clazz.getDeclaredField(name) 根据属性名获取一个属性对象，可以获取已声明的
Field[] clazz.getDeclaredFields() 获取所有已声明的属性
*/
Field valueField = clazz.getDeclaredField("value");
// System.out.println("valueField = " +valueField);
Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
for (Field field : declaredFields) {
//修饰符、数据类型、属性名
int modifiers = field.getModifiers();
System.out.println("属性的修饰符：" + Modifier.toString(modifiers));
String name2 = field.getName();
System.out.println("属性名：" + name2);
Class<?> type = field.getType();
System.out.println("属性的数据类型：" + type);
}
System.out.println("-------------------------");
//（7）构造器们
Constructor[] constructors = clazz.getDeclaredConstructors();
for (Constructor constructor : constructors) {
//修饰符、构造器名称、构造器形参列表 、抛出异常列表
int modifiers = constructor.getModifiers();
System.out.println("构造器的修饰符：" + Modifier.toString(modifiers));
String name2 = constructor.getName();
System.out.println("构造器名：" + name2);
//形参列表
System.out.println("形参列表：");
Class[] parameterTypes = constructor.getParameterTypes();
for (Class parameterType : parameterTypes) {
System.out.println(parameterType);
}
//异常列表
System.out.println("异常列表：");
Class<?>[] exceptionTypes = constructor.getExceptionTypes();
for (Class<?> exceptionType : exceptionTypes) {
System.out.println(exceptionType);
}
}
System.out.println("=--------------------------------");
//(8)方法们
Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
for (Method method : declaredMethods) {
//修饰符、返回值类型、方法名、形参列表 、异常列表
int modifiers = method.getModifiers();
System.out.println("方法的修饰符：" + Modifier.toString(modifiers));
Class<?> returnType = method.getReturnType();
System.out.println("返回值类型:" + returnType);
String name2 = method.getName();
System.out.println("方法名：" + name2);
//形参列表
System.out.println("形参列表：");
Class[] parameterTypes = method.getParameterTypes();
for (Class parameterType : parameterTypes) {
System.out.println(parameterType);
}
//异常列表
System.out.println("异常列表：");
Class<?>[] exceptionTypes = method.getExceptionTypes();
for (Class<?> exceptionType : exceptionTypes) {
System.out.println(exceptionType);
}
}
}
}
创建任意引用类型的对象
两种方式：
1、直接通过Class对象来实例化（要求必须有无参构造）
2、通过获取构造器对象来进行实例化
方式一的步骤：
// （1）获取该类型的Class对象（2）创建对象
@Test
public void test2()throws Exception{
Class<?> clazz = Class.forName("com.atguigu.test.Student");
//Caused by: java.lang.NoSuchMethodException: com.atguigu.test.Student.<init>()
//即说明Student没有无参构造，就没有无参实例初始化方法<init>
Object stu = clazz.newInstance();
System.out.println(stu);
}
@Test
public void test1() throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException{
// AtGuigu obj = new AtGuigu();//编译期间无法创建
Class<?> clazz = Class.forName("com.atguigu.test.AtGuigu");
//clazz代表com.atguigu.test.AtGuigu类型
//clazz.newInstance()创建的就是AtGuigu的对象
Object obj = clazz.newInstance();
System.out.println(obj);
}
方式二的步骤：
/*
（1）获取该类型的Class对象
（2）获取构造器对象
（3）创建对象
如果构造器的权限修饰符修饰的范围不可见，也可以调用setAccessible(true)
public class TestNewInstance {
@Test
public void test3()throws Exception{
//(1)获取Class对象
Class<?> clazz = Class.forName("com.atguigu.test.Student");
/*
* 获取Student类型中的有参构造
* 如果构造器有多个，我们通常是根据形参【类型】列表来获取指定的一个构造器的
* 例如：public Student(int id, String name)
*/
//(2)获取构造器对象
Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(int.class,String.class);
//(3)创建实例对象
// T newInstance(Object... initargs) 这个Object...是在创建对象时，给有参构造的实参列表
Object obj = constructor.newInstance(2,"张三");
System.out.println(obj);
}
}
*/
操作任意类型的方法
（1）获取该类型的Class对象
Class clazz = Class.forName("com.atguigu.bean.User");
（2）获取属性对象
Field field = clazz.getDeclaredField("username");
（3）设置属性可访问
field.setAccessible(true);
（4）创建实例对象：如果操作的是非静态属性，需要创建实例对象
Object obj = clazz.newInstance();
（4）设置属性值
field.set(obj,"chai");
（5）获取属性值
Object value = field.get(obj);
如果操作静态变量，那么实例对象可以省略，用null表示
示例代码
public class TestField {
public static void main(String[] args)throws Exception {
//1、获取Student的Class对象
Class clazz = Class.forName("com.atguigu.test.Student");
//2、获取属性对象，例如：id属性
Field idField = clazz.getDeclaredField("id");
//3、如果id是私有的等在当前类中不可访问access的，我们需要做如下操作
idField.setAccessible(true);
//4、创建实例对象，即，创建Student对象
Object stu = clazz.newInstance();
//5、获取属性值
/*
* 以前：int 变量= 学生对象.getId()
* 现在：Object id属性对象.get(学生对象)
*/
Object value = idField.get(stu);
System.out.println("id = "+ value);
//6、设置属性值
/*
* 以前：学生对象.setId(值)
* 现在：id属性对象.set(学生对象,值)
*/
idField.set(stu, 2);
value = idField.get(stu);
System.out.println("id = "+ value);
}
}
调用任意类型的方法
（1）获取该类型的Class对象
Class clazz = Class.forName("com.atguigu.service.UserService");
（2）获取方法对象
Method method = clazz.getDeclaredMethod("login",String.class,String.class);
（3）创建实例对象
Object obj = clazz.newInstance();
（4）调用方法
Object result = method.invoke(obj,"chai","123);
public class TestMethod {
@Test
public void test()throws Exception {
// 1、获取Student的Class对象
Class<?> clazz = Class.forName("com.atguigu.test.Student");
//2、获取方法对象
/*
* 在一个类中，唯一定位到一个方法，需要：（1）方法名（2）形参列表，因为方法可能重载
*
* 例如：void setName(String name)
*/
Method method = clazz.getDeclaredMethod("setName", String.class);
//3、创建实例对象
Object stu = clazz.newInstance();
//4、调用方法
/*
* 以前：学生对象.setName(值)
* 现在：方法对象.invoke(学生对象，值)
*/
method.invoke(stu, "张三");
System.out.println(stu);
}
}
获取泛型父类方法
/* Type：
* （1）Class
* （2）ParameterizedType
* 例如：Father<String,Integer>
* ArrayList<String>
* （3）TypeVariable
* 例如：T，U,E,K,V
* （4）WildcardType
* 例如：
* ArrayList<?>
* ArrayList<? super 下限>
* ArrayList<? extends 上限>
* （5）GenericArrayType
* 例如：T[]
*
*/
public class TestGeneric {
public static void main(String[] args) {
//需求：在运行时，获取Son类型的泛型父类的泛型实参<String,Integer>
//（1）还是先获取Class对象
Class clazz = Son.class;//四种形式任意一种都可以
//（2）获取泛型父类
// Class sc = clazz.getSuperclass();
// System.out.println(sc);
/*
* getSuperclass()只能得到父类名，无法得到父类的泛型实参列表
*/
Type type = clazz.getGenericSuperclass();
// Father<String,Integer>属于ParameterizedType
ParameterizedType pt = (ParameterizedType) type;
//（3）获取泛型父类的泛型实参列表
Type[] typeArray = pt.getActualTypeArguments();
for (Type type2 : typeArray) {
System.out.println(type2);
}
}
}
//泛型形参：<T,U>
class Father<T,U>{
}
//泛型实参：<String,Integer>
class Son extends Father<String,Integer>{
}
读取注解信息
public class TestAnnotation {
public static void main(String[] args) {
//需求：可以获取MyClass类型上面配置的注解@MyAnnotation的value值
//读取注解
// （1）获取Class对象
Class<MyClass> clazz = MyClass.class;
//（2）获取注解对象
//获取指定注解对象
MyAnnotation my = clazz.getAnnotation(MyAnnotation.class);
//（3）获取配置参数值
String value = my.value();
System.out.println(value);
}
}
//声明
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) //说明这个注解可以保留到运行时
@Target(ElementType.TYPE) //说明这个注解只能用在类型上面，包括类，接口，枚举等
@interface MyAnnotation{
//配置参数，如果只有一个配置参数，并且名称是value，在赋值时可以省略value=
String value();
}
//使用注解
@MyAnnotation("/login")
class MyClass{
}
获取内部类或外部类信息
public Class<?>[] getClasses()：返回所有公共内部类和内部接口。包括从超类继承的公共类和接口成员以及该类声明的公共类和接口成员。
public Class<?>[] getDeclaredClasses()：返回 Class 对象的一个数组，这些对象反映声明为此 Class 对象所表示的类的成员的所有类和接口。包括该类所声明的公共、保护、默认（包）访问及私有类和接口，但不包括继承的类和接口。
public Class<?> getDeclaringClass()：如果此 Class 对象所表示的类或接口是一个内部类或内部接口，则返回它的外部类或外部接口，否则返回null。
@Test
public void test5(){
Class<?> clazz = Map.class;
Class<?>[] inners = clazz.getDeclaredClasses();
for (Class<?> inner : inners) {
System.out.println(inner);
}
Class<?> ec = Map.Entry.class;
Class<?> outer = ec.getDeclaringClass();
System.out.println(outer);
}
动态创建和操作任意类型数组
- 在java.lang.reflect包下还提供了一个Array类，Array对象可以代表所有的数组。程序可以通过使用Array类来动态的创建数组，操作数组元素等
Array类提供了如下几个方法：
-
public static Object newInstance(Class<?> componentType, int... dimensions)：创建一个具有指定的组件类型和维度的新数组。 -
public static void setXxx(Object array,int index,xxx value)：将array数组中[index]元素的值修改为value。此处的Xxx对应8种基本数据类型，如果该属性的类型是引用数据类型，则直接使用set(Object array,int index, Object value)方法。 -
public static xxx getXxx(Object array,int index,xxx value)：将array数组中[index]元素的值返回。此处的Xxx对应8种基本数据类型，如果该属性的类型是引用数据类型，则直接使用get(Object array,int index)方法
import java.lang.reflect.Array;
public class TestArray {
public static void main(String[] args) {
Object arr = Array.newInstance(String.class, 5);
Array.set(arr, 0, "大数据");
Array.set(arr, 1, "hello world");
System.out.println(Array.get(arr, 0));
System.out.println(Array.get(arr, 1));
System.out.println(Array.get(arr, 2));
}
}
总结
本章节的反射没什么太多的个人理解…主要就是调用Class的方法来对类的成员进行获取和操作，大家根据我留的案例来敲一敲熟悉一下就好,下一章就是JavaSE的最终章，Java新特性，我会为大家带来lambda表达式。在大数据中，lambda也是比较常用的方法
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