Java 反射在实际开发中的应用

  　　运行时类型识别(RTTI, Run-Time Type Information)是Java中非常有用的机制，在java中，有两种RTTI的方式，一种是传统的，即假设在编译时已经知道了所有的类型；还有一种，是利用反射机制，在运行时再尝试确定类型信息。

　　本篇博文会结合Thinking in Java 的demo 和实际开发中碰到的例子，对Java反射和获取类型信息做总体上整理。文章主要分为三块：

• 　　Java类加载和初始化
• 　　Java中RTTI
• 　　Java利用反射获取运行时类型信息

一：Java类加载和初始化

　　在学习RTTI的时候，首先需要知道Java中类是如何加载的，java又是如何根据这些class文件得到JVM中需要的信息（备注：我在此处实在是想不到更好的描述，望读者可以给出更好的描述）

1.1 类加载器（类加载的工具）

　　类加载器子系统包含一条加载器链，只有一个“原生的类加载器”他是jvm实现的一部分，可以用来记载本地jar包内的class，若涉及加载网络上的类，或者是web服务器应用，可以挂接额外的类加载器。

1.2 Java使用一个类所需的准备工作

1.2.1 动态加载

　　所有的类都是第一次使用的时候，动态加载到JVM中。创建对类的静态成员的引用，加载这个类。Java程序在开始运行的时候并非完全加载，类都是用的地方在加载，这就是动态加载

　　①：首先检查这个类是否被加载

　　②：如果没有加载，再去根据类名查找.class文件，加载类的字节码，并校验是否存在不良代码,

测试代码如下：

//candy.java
public class Candy {
    static {
        System.out.println("loading Candy");
    }
}
//cookie.java
public class Cookie {
    static {
        System.out.println("loading Cookie");
    }
}
//Gum.java
public class Gum {
    static {
        System.out.println("loading Gum");
    }
}
//TestMain.java
public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("inside main");
        new Candy();
        System.out.println("After create Candy");
        try {
            Class.forName("com.RuntimeTypeInformation.Gum");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            System.out.println("Could not find Class");
        }
        System.out.println("After Class.forName");
        new Cookie();
        System.out.println("After new Cookie()");
        
    }
    static void printClassInfo(Class c){
        System.out.println("Class Name :"+c.getName()
                    +"is interface? :" + c.isInterface()
                    +"simple Name "+ c.getSimpleName()
                    );       
        
    }

 从输出结果可以清楚看到;class对象仅在需要的时候才会加载，static初始化是在类加载的时候进行

1.2.2 链接

　　验证类中的字节码，为静态域分配存储空间。如果必须的话，将解析这个类创建的对其他类的所有引用

1.2.3 初始化

　　如果该类存在超类，对其初始化，执行静态初始化器和静态代码块。初始化延迟至 对静态方法或者非静态方法首次引用时执行

二：Java中RTTI　　

2.1 ：为什么要用到运行时类型信息（就是RTTI）

实际开发中，需求并不是一成不变的（准确来说是经常变），而每新添加需求如果代码的改动量越小肯定是越能提高效率。比如：

package com.RuntimeTypeInformation.circle;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

abstract class Shape {
    void draw(){
        System.out.println(this+".draw()");
    }
    abstract public String toString();
}
class Circle extends Shape{
    @Override
    public String toString() {        return "Circle";    }
    
}
class Triangle extends Shape{
    @Override
    public String toString() {        return "Triangle";    }
    
}
public class Shapes{
    public static void main(String[] args) {
        //题外话，Arrays.asList 可变参数列表，可以把传入的多个对象转为一个list
        List shapes = Arrays.asList(new Triangle(),new Circle());
        for (Shape shape : shapes) {
            shape.draw();
        }
    }
}

　　当我想要添加一个新的形状，比如说长方形，我只需要编写一个新类继承Shape即可，而不需要修改调用的地方 。在这里用到了 ”多态“（虽然调用的都是shpe的方法，但是JVM能在运行期

准确的知道应该调用具体哪个子类的方法）

　　当你第一次了解"多态"，你可能是简单知道堕胎就是这么一回事，那么，现在我们去研究一下，java是怎样处理的.

　　　　① 当把Triangle，Circle 放到 List时，会向上转型为Shape,丢失具体的类型

　　　　② 当从容器中取出Shape对象的时候，List内实际存放的是Object, 在运行期自动将结果转为Shape，这就是RTTI的工作（ 在运行时识别一个对象的类型）

这时候，如果客户需求又改了，说不希望画的结果存在圆形。应对这种需求，我们可以采用RTTI 查询某个shape引用所指向的具体类型（具体怎么用，可以接着往下看）

2.2  ：RTTI在运行时如何表示

　　Java的核心思想就是:”一切皆是对象“，比如我们对形状抽象，得到圆形类，三角形类。但我们 对这些类在做一次抽象，得到class用于描述类的一般特性

上图是我用画图画的（有点捞见谅），如果我们可以拿到对象的class,我们就可以利用RTTI得到具体的java类。至于如何拿到Class和怎样用Class得到准确的类，继续往下看。

2.3   :  Class对象

　　　每一个类都存在与之对应的Class对象（保存在.class文件中），根据class得到具体的对象，请参考“第一章节 类的加载和初始化”

2.3.1　Class对象获取的方式

　　　　①：Class.forName("全限定类名")，得到Class对象，副作用是“如果对应的类没有加载，则会加载类”。找不到会抛出“”ClassNotFoundException”

　　　　②：如果有对象，可以直接用对象得到与之对应的Class对象  比如  

Shape shape  = new Circle();
shape.getClass()

　　　 ③ ;通过类字面常量  ： Shape.class.推荐用该方法，第一是编译器会做检查，第二是根除了对forName的调用，提高效率

2.3.2： Class对象的常用方法　　

 

方法名	说明
forName()	(1)获取Class对象的一个引用，但引用的类还没有加载(该类的第一个对象没有生成)就加载了这个类。 (2)为了产生Class引用，forName()立即就进行了初始化。
Object-getClass()	获取Class对象的一个引用，返回表示该对象的实际类型的Class引用。
getName()	取全限定的类名(包括包名)，即类的完整名字。
getSimpleName()	获取类名(不包括包名)
getCanonicalName()	获取全限定的类名(包括包名)
isInterface()	判断Class对象是否是表示一个接口
getInterfaces()	返回Class对象数组，表示Class对象所引用的类所实现的所有接口。
getSupercalss()	返回Class对象，表示Class对象所引用的类所继承的直接基类。应用该方法可在运行时发现一个对象完整的继承结构。
newInstance()	返回一个Oject对象，是实现“虚拟构造器”的一种途径。使用该方法创建的类，必须带有无参的构造器。
getFields()	获得某个类的所有的公共（public）的字段，包括继承自父类的所有公共字段。 类似的还有getMethods和getConstructors。
getDeclaredFields	获得某个类的自己声明的字段，即包括public、private和proteced，默认但是不包括父类声明的任何字段。类似的还有getDeclaredMethods和getDeclaredConstructors。

2.3.3  泛化的Class　

　　Class引用表示它所指向的对象的确切类型，java1.5之后，允许开发者对Class引用所指向的Class对象进行限定，也就是添加泛型。

public static void main(String[] args) {
        Class intclass = int.class;
        intclass = Integer.class;
    }

 

  这样可以在编译器进行类型检查，当然可以通过 “通配符” 让引用泛型的时候放松限制 ，语法 : Class

目的：

　　①：为了可以在编译器就做类型检查

　　② ： 当 Class circle = circle.getClass(); circle.newInstance() 会得到具体的类型 。但此处需注意：

public class Shapes{
    public static void main(String[] args) throws InstantiationException, IllegalAccessException {
        Class circles = Circle.class;
        Circle circle = circles.newInstance();//第一：泛化class.newInstance可以直接得到具体的对象
        Classsuper Circle> shape = circles.getSuperclass();
        Object shape1 = shape.newInstance();//第二：它的父类，只能用逆变的泛型class接收，newInstance得到的是Object类型
     }
}

2.3 ： RTTI形式总结：

　　①：传统的类型转换，比如我们在上边的demo中用到的  shape.draw();

　　②：利用Class，获取运行时信息。

　　③：得到具体的对象

三：Java利用反射获取运行时类型信息

　　如果不知道某一个对象引用的具体类型（比如已经上转型的对象），RTTI可以得到。但前提是这个类型编译器必须已知（那些是编译期不可知呢？ 磁盘文件或者是网络连接中获取一串代表类的字节码）

跨网络的远程平台上提供创建和运行对象的能力 这被称为 RMI(远程方法调用)，下面会具体的介绍一下 RMI的实现方式

　　反射提供了一种机制，用于检查可用的方法，并返回方法名，调用方法。

3.1 ： 获取的方式

　　 Java中提供了jar包 ，Java.lang.reflect 和Class对象一起对反射的概念提供支持。

3.1.1 Java.lang.reflect ：

　　该类库中包含了Field Method  Constructor.这些类型的对象在JVM运行时创建,用于表示未知类里对应的成员。从而：

　　①：用Constructor创建对象，用get set读取Field内的字段

　　②：用Method.invoke()调用方法

　　③：用getFields(）、getMethods()、getConstuctors() 得到与之对应的数组

3.1.2 RTTI和RMI的区别

　　 检查对象，查看对象属于哪个类，加载类的class文件

　　①：RTTI会在编译期打开和检查.class文件

　　②：RMI  在编译期是 看不到.class文件。只能在运行期打开和检查.class文件

3.2 :   动态代理

3.2.1 我假设你对“代理模式”存在一定的了解（还是简单说一下，代理模式就是在接口和实现之前加一层，用于剥离接口的一些额外的操作）下面是代理模式的示例代码：

public interface Subject   
{   
  public void doSomething();   
}   
public class RealSubject implements Subject   
{   
  public void doSomething()   
  {   
    System.out.println( "call doSomething()" );   
  }   
}   
public class ProxyHandler implements InvocationHandler   
{   
  private Object proxied;   
     
  public ProxyHandler( Object proxied )   
  {   
    this.proxied = proxied;   
  }   
     
  public Object invoke( Object proxy, Method method, Object[] args ) throws Throwable   
  {   
    //在转调具体目标对象之前，可以执行一些功能处理

    //转调具体目标对象的方法
    return method.invoke( proxied, args);  
    
    //在转调具体目标对象之后，可以执行一些功能处理
  }    
}

 

3.2.2  动态代理就是：动态的创建代理并动态地处理对其所代理的方法的调用。可以参考 "彻底理解JAVA动态代理" ，"深度剖析JDK动态代理机制"。可以理解为更加灵活的代理模式

①  动态代理使用步骤：

　　1.通过实现InvocationHandler接口来自定义自己的InvocationHandler;

　　2.通过Proxy.getProxyClass获得动态代理类 

　　3.通过反射机制获得代理类的构造方法，方法签名为getConstructor(InvocationHandler.class)  

 

　　4.通过构造函数获得代理对象并将自定义的InvocationHandler实例对象传为参数传入  

 

　　5.通过代理对象调用目标方法

public class MyProxy {
    public interface IHello{
        void sayHello();
    }
    static class Hello implements IHello{
        public void sayHello() {
            System.out.println("Hello world!!");
        }
    }
    //自定义InvocationHandler
    static  class HWInvocationHandler implements InvocationHandler{
        //目标对象
        private Object target;
        public HWInvocationHandler(Object target){
            this.target = target;
        }
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            System.out.println("------插入前置通知代码-------------");
            //执行相应的目标方法
            Object rs = method.invoke(target,args);
            System.out.println("------插入后置处理代码-------------");
            return rs;
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
       //生成$Proxy0的class文件
       System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
       IHello  ihello = (IHello) Proxy.newProxyInstance(IHello.class.getClassLoader(),  //加载接口的类加载器
               new Class[]{IHello.class},      //一组接口
               new HWInvocationHandler(new Hello())); //自定义的InvocationHandler
       ihello.sayHello();
   }
}

②  ：动态代理的原理，列举一下参考文献把：（本质上还是用到了反射）

1、JDK动态代理实现原理

2、Java动态代理机制分析及扩展

③  动态代理应用以及备注说明 ：

　　JDK实现动态代理需要实现类通过接口定义业务方法 (接下来我会简单说一下Cglib实现动态代理)。第二是动态代理非常重要 是反射一个极其重要的模块，很多框架都离不开动态代理，比如Spring 。所以，推荐读者在多去研究一下。

④：Cglib实现动态代理

　　参考文档： cglib动态代理介绍(一)

　　CGLIB是一个强大的高性能的代码生成包。它广泛的被许多AOP的框架使用，例如spring AOP和dynaop，为他们提供方法的interception（拦截）。最流行的OR Mapping工具hibernate也使用CGLIB来代理单端single-ended(多对一和一对一)关联（对集合的延迟抓取，是采用其他机制实 现的）。EasyMock和jMock是通过使用模仿（moke）对象来测试Java代码的包。它们都通过使用CGLIB来为那些没有接口的类创建模仿 （moke）对象。
　　CGLIB包的底层是通过使用一个小而快的字节码处理框架ASM，来转换字节码并生成新的类。除了CGLIB包，脚本语言例如 Groovy和BeanShell，也是使用ASM来生成java的字节码。当不鼓励直接使用ASM，因为它要求你必须对JVM内部结构包括class文 件的格式和指令集都很熟悉

　　"在运行期扩展java类及实现java接口"，补充的是java动态代理机制要求必须实现了接口，而cglib针对没实现接口的那些类，原理是通过继承这些类，成为子类，覆盖一些方法，所以cglib对final的类也不生效

cglib实现动态代理的demo：参考  CGLib动态代理原理及实现

　　这是要代理的类：

public class SayHello {  
 public void say(){  
  System.out.println("hello everyone");  
 }  
}  

　　代理类的核心

public class CglibProxy implements MethodInterceptor{  
 private Enhancer enhancer = new Enhancer();  
 public Object getProxy(Class clazz){  
  //设置需要创建子类的类  
  enhancer.setSuperclass(clazz);  
  enhancer.setCallback(this);  
  //通过字节码技术动态创建子类实例  
  return enhancer.create();  
 }  
 //实现MethodInterceptor接口方法  
 public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,  
   MethodProxy proxy) throws Throwable {  
  System.out.println("前置代理");  
  //通过代理类调用父类中的方法  
  Object result = proxy.invokeSuper(obj, args);  
  System.out.println("后置代理");  
  return result;  
 }  
}  

测试结果：

public class DoCGLib {  
 public static void main(String[] args) {  
  CglibProxy proxy = new CglibProxy();  
  //通过生成子类的方式创建代理类  
  SayHello proxyImp = (SayHello)proxy.getProxy(SayHello.class);  
  proxyImp.say();  
 }  
}  

 

四： Java反射在实际开发中应用

 　　通常，我们在一般的业务需求中是用不到反射的，但我们在更加动态的代码时，我们就可以选择反射来实现（例如对象序列化和 JavaBean）。主要的逻辑我在上边都已经说明了，所以接下来 更多的是代码展示：

　　　　实际开发中，在运行时得到Class信息，获取method ，通过反射method.invoke()调用方法。这样做是出于AOP的设计思想。举例来说，我一个传统的web项目，我可以同过http直接传递请求给后台servlet，假如我想添加一个记录日志，或者是在请求的session中添加一个信息，如果只有一个请求，我可以直接在htttp加，但实际上请求会很多，这是我为什么在sevlet外在抽出一层，通过反射调用servlet 

　　　　当然，很多框架其实也为我们提供了拦截的配置（这是后话）

4.1  ：在web项目中创建统一的拦截层　

doPost(..){
//这是项目中的setvlet统一的拦截层，接下来我们看一下 actionInvoker.invoke
  ...
  else if (requestType.equalsIgnoreCase("image")) {
                try {
                    ActionClassInfo actionClassInfo = actionInvoker.getClassInfo(action, request, response);
                    actionClassInfo.setArgs(queryStringMap);
                    Object object = actionInvoker.invoke(actionClassInfo);
                    response.addHeader("accept-ranges", "bytes");
                    byte[] bytes = (byte[]) object;
                    response.addHeader("Content-type", "application/png");
                    response.addHeader("content-length", String.valueOf(bytes.length));
                    response.getOutputStream().write(bytes, 0, bytes.length);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (Throwable e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    response.getOutputStream().flush();
                    response.getOutputStream().close();
                }
            }    
}

 actionInvoker.invoke（）方法代码如下： 在这方法内，我就可以添加我想要的处理，比如先判断是否在缓存中存在，核心的只有 method.invoke

public Object invoke(ActionClassInfo action) throws Exception {
        // 执行方法之前
        Object cache = null;
        for (Object object : action.getProxys()) {
            if (object instanceof Intercepter){
                cache = ((Intercepter) object).before(action);
                if(cache != null && object instanceof RedisCacheHandler){
                    return cache;    //缓存的结果直接返回
                }
            }
        }
        Method method = action.getMethod();
        Object business = action.getClazz();
        Map args = action.getArgs();
        method.setAccessible(true);
        Object result = method.invoke(business, args);

        // 执行方法后
        for (Object object : action.getProxys()) {
            if (object instanceof Intercepter)
                result = ((Intercepter) object).after(result, action);
        }

        return result;
    }

 

4.2 ： 用于webService服务 ：和servlet做同意拦截，用反射去调用方法的目的一样（添加一些想要的处理，比如校验用户）。核心也是反射调用方法