Day24Java学习笔记——认识反射
反射
Java反射机制概述
静态与动态语言
-
动态语言
-
是一类在运行时可以改变其结构的语言：例如新的函数、对象、甚至代码可以被 引进，已有的函数可以被删除或是其他结构上的变化。通俗点说就是在运行时代 码可以根据某些条件改变自身结构
-
主要动态语言：Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python等
-
//动态语言举例： function f() { var x = "var a=3; var b=5; alert(a+b)";//var就表示一个变量，根据输入来识别 eval(x); }
-
-
静态语言
- 与动态语言相对应的，运行时结构不可变的语言就是静态语言。如Java、C、C++
- Java不是动态语言，但Java可以称之为“准动态语言”。即Java有一定的动态性，我们可以利用反射机制获得类似动态语言的特性。Java的动态性让编程的时候更 加灵活
Java反射
-
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
-
//语法如下： Class c = Class.forName("java.lang.String"); -
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，我们形象的称之为：反射！
-
正常方式：引入需要的“包装”名称–》通过new实例化–》取得实例化对象
-
反射方式：实例化对象–》getClass()方法–》得到完整的“包装”名称
Java反射机制提供的功能
- 在运行时判断任意一个对象所属的类
- 在运行时构造任意一个类的对象
- 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
- 在运行时获取泛型信息
- 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
- 在运行时处理注解
- 生成动态代理
- 、、、
Java反射优点和缺点
- 优点:可以实现动态创建对象和编译，体现出很大的灵活性
- 缺点:对性能有影响。使用反射基本上是一种解释操作，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且它满足我们的要求。这类操作总是慢于直接执行相同的操作。
反射相关的主要API
- java.lang.reflect.Class : 代表一个类
- java.lang.reflect.Method : 代表类的方法
- java.lang.reflect.Field : 代表类的成员变量
- java.lang.reflect.Constructor : 代表类的构造器
- 、、、
理解Class类并获取Class实例
Class类
- 在Object类中定义了以下的方法，此方法将被所有子类继承
public final Class getClass()
-
以上的方法返回值的类型是一个Class 类，此类是Java反射的源头，实际上所谓反射从程序的运行结果来看也很好理解，即：可以通过对象反射求出类的名称。
-
对象照镜子后可以得到的信息：某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。 对于每个类而言，JRE 都为其保留一个不变的 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 对象只能由系统建立对象
- 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
public class demo01 extends Object { public static void main(String[] args) throws Exception { // User user1 = new User(1,3,"kuangshen"); //具体的对象！ new // User user2 = new User(1,3,"kuangshen"); //具体的对象！ new // System.out.println(user1.hashCode());//这两个值一定不同 // System.out.println(user2.hashCode()); System.out.println("//---------------------------------"); // Class class1 = user1.getClass(); //Class 是一个类 ， class 是一个关键字 // Class class2 = user2.getClass(); //Class 是一个类 ， class 是一个关键字 // 看着是死代码；是在运行的时候解析 Class class1 = Class.forName("com.fengcheng.Test.User"); User user = (User) class1.newInstance(); user.setAge(1); user.setId(1); user.setName("fc"); System.out.println(user);//输出：User{id=1, age=1, name='fc'} } } class User{ //封装 //私有属性通过正常手段无法操作 private int id; private int age; private String name; public User() { } public User(int id, int age, String name) { this.id = id; this.age = age; 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; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } @Override public String toString() { return "User{" + "id=" + id + ", age=" + age + ", name='" + name + '\'' + '}'; } }
Class类的常用方法
- static ClassforName(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
- Method getMothed(String name,Class… T)——返回一个Method对象，此对象的形参类型为 paramType
- Field[] getDeclaredFields()——返回Field对象的一个数组
获取Class类的实例
-
若已知具体的类，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; -
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(); -
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， 可能抛出ClassNotFoundException
-
Class clazz = Class.forName("demo01.Student"); -
内置基本数据类型可以直接用类名.Type
-
利用ClassLoader
//例子： public class Test3 { public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException { Person person = new Student(); //多态 System.out.println("这个人是："+person); System.out.println("=============================="); //获取Class对象的N种方式，其一 Class class1 = person.getClass(); //获取Class对象的N种方式，其二 Class class2 = Class.forName("com.kuang.reflection.Student"); //获取Class对象的N种方式，其三 ，通过类.class 也可以获得 Class class3 = Student.class; //获取Class对象的N种方式，其四 ，正对包装类，内置基本类型 ,只对包装类型有效 Class type = Integer.TYPE; //获得父类的类型 Class class4 = class1.getSuperclass(); System.out.println(class1); System.out.println(class2); System.out.println(class3); System.out.println(class4); System.out.println(type); } } class Person{ public String name; public Person() { } public Person(String name) { this.name = name; } @Override public String toString() { return "Person{" + "name='" + name + '\'' + '}'; } } class Student extends Person{ public Student() { this.name = "学生"; } } class Teacher extends Person{ public Teacher() { this.name = "老师"; } }
哪些类型可以有Class对象？
-
class：外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类
-
interface：接口
-
[]：数组
-
enum：枚举
-
annotation：注解@interface
-
primitive type：基本数据类型
-
void
//栗子： public class Test4 { public static void main(String[] args) { Class c1 = Object.class; //class Class c2 = Comparable.class; //接口 Class c3 = String[].class; // 数组 Class c4 = String[][].class; // 二维数组 Class c5 = ElementType.class; //枚举类型 Class c6 = Override.class; // 注解 Class c7 = Integer.class; //基本数据类型 Class c8 = void.class; //void Class c9 = Class.class; //反射对象本身 //数组中，和长度无关，只要是一个维度并且类型相同，就是同一个class int[] a = new int[10]; String[] b = new String[100]; Class c10 = a.getClass(); Class c11 = b.getClass(); System.out.println(c1); System.out.println(c2); System.out.println(c3); System.out.println(c4); System.out.println(c5); System.out.println(c6); System.out.println(c7); System.out.println(c8); System.out.println(c9); System.out.println(c10); System.out.println(c11); System.out.println(c10==c11); } }
Java内存分析
Java内存
- 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(会存放这个引用在堆里面的具体地址)
- 方法区
- 可以被所有的线程共享
- 包含了所有的class和static变量
类的加载与ClassLoader
类的加载过程
- 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成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< clinit >()方法的过程。类构造器< clinit >()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的构造器）
- 当初始化一个类的时候，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< clinit >()方法在多线程环境中被正确加锁和同步
public class demo01 {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
System.out.println(a.m); //输出A: 静态代码块
// A: 构造方法
// 100
}
}
class A{
static {
System.out.println("A: 静态代码块");
m = 300;
}
static int m = 100;
public A() {
System.out.println("A: 构造方法");
}
}
什么时候会发生类初始化
- 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，则先会初始化它的父类
- 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。如：当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化
- 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
- 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）
public class demo02 {
public static void main(String[] args) {
//主动引用： 会导致父类的初始化
// Son son = new Son();
// System.out.println(son.m);
//反射应用: 会导致父类的初始化
try {
Class.forName("com.fengcheng.Test.Son"); //父类被加载，子类被加载
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
//不会导致父类和子类初始化
// System.out.println(Son.M); //打印1
//被动引用： 不会导致初始化，只是开辟了内存空间！
Son[] array = new Son[5];
//会导致父类被初始化，会指向父类，指向的是引用，所以一定会有初始化的过程！
System.out.println(Son.b); //父类被加载，2
}
}
class Father{
static int b = 2;
static {
System.out.println("父类被加载");
}
}
class Son extends Father{
static {
System.out.println("子类被加载");
m = 300;
}
static int m = 100;
static final int M = 1;
}类加载器的作用
- 类加载的作用：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JavaSE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
public class demo01 {
public static void main(String[] args) {
//1. 获得系统的类加载器
ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(classLoader); // AppClassLoader
System.out.println(classLoader.getParent());//Ext
System.out.println(classLoader.getParent().getParent());//null
}
}- Bootstap Classloader ：引导类加载器：用C++编写，是JVM自带的类加载器，负责Java平台核心库，用来装载核心类库。该加载器无法直接获取
- Extension Classloader ：负责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
- System Classloader ：负责java-classpath 或-D java.class.path所指的目录的类与jar包装入工作，是最常见的加载器
- 自定义类加载器
获取运行时类的完整结构
- 通过反射获取运行时类的完整结构:Field、Method、Constructor、Superclass、Interface、Annotation
- 实现的全部接口
- 所继承的父类
- 全部的构造器
- 全部的方法
- 全部的Field
- 注解
- 、、、
public class demo6 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
Class class1 = Class.forName("com.fengcheng.Test.User"); //user 的 Class 对象，镜子，反射
System.out.println("===========================================");
System.out.println(class1.getName()); //全类名 包名 + 类名
System.out.println(class1.getSimpleName()); //类名
//获得字段 ： get、set！
System.out.println("===========================================");
Field[] fields = class1.getFields(); //只能获得public的属性
System.out.println(fields.length);
Field[] fields2 = class1.getDeclaredFields(); //返回全部的属性，可以获得私有的
System.out.println(fields2.length);
for (Field field : fields2) {
System.out.println("field=>\t"+field);
}
Field name = class1.getDeclaredField("name"); //获取指定的字段！
System.out.println(name);
//获得方法 : 执行 invoke
System.out.println("===========================================");
Method[] methods = class1.getMethods(); //返回当前类和被继承的类的public方法
System.out.println(methods.length);
for (Method method : methods) {
System.out.println("methods: "+method);
}
Method[] declaredMethods = class1.getDeclaredMethods(); //获得当前类的所有方法
System.out.println(declaredMethods.length);
for (Method method : declaredMethods) {
System.out.println("declaredMethods: "+method);
}
System.out.println("===================================");
//如果只获得方法的名字就会有问题： 重载！（参数类型）
Method setName = class1.getMethod("setName",String.class);
Method setAge = class1.getMethod("setAge",int.class);
System.out.println(setName);
System.out.println(setAge);
//获得构造器 ： 创建对象 newInstance（）
System.out.println("===========================================");
Constructor[] constructors = class1.getConstructors(); //获得所有public的构造器
System.out.println(constructors.length);
for (Constructor constructor : constructors) {
System.out.println(constructor);
}
Constructor[] constructors2 = class1.getDeclaredConstructors(); //获得所有public的构造器
System.out.println(constructors2.length);
for (Constructor constructor : constructors2) {
System.out.println(constructor);
}
System.out.println("====================");
//获得指定的构造器： 重载，只能通过参数名判断 null
Constructor constructor = class1.getConstructor(null);
Constructor constructor2 = class1.getConstructor(int.class,int.class,String.class);
System.out.println(constructor);
System.out.println(constructor2);
}
}有了Class对象,能做什么
- 创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法
- 类必须有一个无参数的构造器
- 类的构造器的访问权限需要足够
Q:难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗
A:只要在操作的时候明确的调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。
- 步骤如下：
- 通过Class类的getDeclaredConstructor(Class…parameterTypes)取得本类的指定形参类型的构造器
- 向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数。
- 通过Constructor实例化对象
public class Test7 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class c1 = Class.forName("com.fengcheng.Test.User");
//创建对象，new 无参，有参！
System.out.println("==========================================");
User user1 = (User) c1.newInstance(); //创建对象！
System.out.println(user1); //默认调用的是无参构造器，可以删掉无参试试！ new User();
System.out.println("==========================================");
//通过指定构造器创建对象！ new User(1, 3, "fc");
Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(int.class, int.class, String.class);
User user2 = (User) declaredConstructor.newInstance(1, 3, "fc");
System.out.println(user2);
System.out.println("==========================================");
User user3 = (User) c1.newInstance();
// user3.setName("fc3"); 正常操作
//1. 获得你要操作的方法
Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
//2. 通过invoke方法执行方法
//一个class可能存在多个对象， 这个方法需要找到是那个对象使用的，给他赋值；
setName.invoke(user3,"fc3");
System.out.println(user3.getName());
//获得字段
System.out.println("==========================================");
User user4 = (User) c1.newInstance();
Field name = c1.getDeclaredField("name"); //反射无法直接破坏私有的
//显示调用setAccessible为true，则可以访问private方法！
name.setAccessible(true);
name.set(user4,"fc4");
System.out.println(user4.getName());
}
}调用指定的方法
- 通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成
- 通过Class类的getMethod(String name,Class…parameterTypes)方法取得 一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型
- 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对象的参数信息
- Object invoke(Object obj, Object[] args)
- Object 对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null
- 若原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null
- 若原方法形参列表为空，则Object[] args为null
- 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，将可访问private的方法
setAccessible
-
Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法
-
setAccessible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
- 提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被调用，那么请设置为true
- 使得原本无法访问的私有成员也可以访问
-
参数值为false则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查
package com.fengcheng.Test; import java.lang.reflect.InvocationTargetException; import java.lang.reflect.Method; public class Test8 { public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException { test1(); } public static void test1(){ User user = new User(); long start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 1000000000L ; i++) { user.getName(); } long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("普通方法调用执行10亿次："+(end-start)+"ms"); //558ms } public static void test2() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException { User user = new User(); Class class1 = user.getClass(); Method getName = class1.getDeclaredMethod("getName", null); //开启检测的！ false long start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 1000000000L ; i++) { getName.invoke(user,null); } long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("反射方法调用执行10亿次："+(end-start)+"ms"); //3883ms } public static void test3() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException { User user = new User(); Class class1 = user.getClass(); Method getName = class1.getDeclaredMethod("getName", null); getName.setAccessible(true); //关闭检查 long start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 1000000000L ; i++) { getName.invoke(user,null); } long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("反射方法调用执行10亿次："+(end-start)+"ms"); //2400ms } } //结论为：程序test3中setAccessible(true)关闭访问安全检查的执行速度》程序test2中开启访问安全检查的执行速度》程序test1普通方法执行速度
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javac使用的,确保数据 的安全性和免去强制类型转换问题 , 但是一旦编译完成 , 所有和泛型有关的类型全部擦除
- 为了通过反射操作这些类型 , Java新增了 ParameterizedType ,GenericArrayType , TypeVariable 和 WildcardType 几种类型来代表不能被归一到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< String >
- GenericArrayType : 表示一种元素类型是参数化类型或者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
public class Test9 {
public void test(Map<String,User> map, List<User> list){
System.out.println("test01");
}
public Map<Integer,User> test02(){
System.out.println("test02");
return null;
}
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
//获得指定的方法的参数泛型信息
Method method = Test9.class.getMethod("test", Map.class, List.class);
//获得方法的参数
Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
//遍历
for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
System.out.println("#"+ genericParameterType);
if (genericParameterType instanceof ParameterizedType){ //如果这个参数的类型是泛型
Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
System.out.println("泛型类型：" + actualTypeArgument);
}
}
}
//获得指定的方法的返回值泛型信息
Method test02 = Test9.class.getDeclaredMethod("test02", null);
Type genericReturnType = test02.getGenericReturnType(); //获得返回值
//获得返回值的类型！
if (genericReturnType instanceof ParameterizedType){
Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
System.out.println("返回值泛型类型="+ actualTypeArgument);
}
}
}
}
输出结果：
#java.util.Map<java.lang.String, com.fengcheng.Test.User>
泛型类型：class java.lang.String
泛型类型：class com.fengcheng.Test.User
#java.util.List<com.fengcheng.Test.User>
泛型类型：class com.fengcheng.Test.User
返回值泛型类型=class java.lang.Integer
返回值泛型类型=class com.fengcheng.Test.UserORM
- Object relationship Mapping --> 对象关系映射
相当于有一段代码 ———对应———》 一个表：表的第一行：id,name,age；
第二行: 01，xiaohong，20；
第三行：02，xiaoming，12
class Student{ //类和表结构对应
int id; //属性和字段对应
String name; //对象和记录对应
int age;
}举个栗子：
public class Test10 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//假设有一个反射的程序能够识别我们这些注解，并自动做一些功能！
Class class1 = Class.forName("com.fengcheng.Test.Student");
//获得这个类的注解
Annotation[] annotations = class1.getAnnotations();
for (Annotation annotation : annotations) {
System.out.println(annotation);
}
//获得类中注解value的值
Tablefc annotation = (Tablefc) class1.getAnnotation(Tablefc.class); //强转
System.out.println(annotation.value());
Field name = class1.getDeclaredField("name");
Fieldfc fieldfc = (Fieldfc) name.getAnnotation(Fieldfc.class); //强转
System.out.println(fieldfc.columnName());
System.out.println(fieldfc.type());
System.out.println(fieldfc.length());
//我们可以根据的到的类的信息，得到注解的信息，进行一些自动化操作！动态生成一些类
//Mybatis-plus
}
}
//db_student
@Tablefc("db_student")
class Student {
@Fieldfc(columnName = "db_id",type = "int",length = 10)
private int id; //db_id
@Fieldfc(columnName = "db_name",type = "varchar",length = 10)
private String name; //db_name
@Fieldfc(columnName = "db_age",type = "int",length = 3)
private int age; //db_age
public Student() {
}
public Student(int id, String name, int age) {
this.id = id;
this.name = name;
this.age = age;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"id=" + id +
", name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Tablefc{
String value();
}
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Fieldfc{
String columnName(); //列名
String type(); //值的类型
int length(); //值的长度
}
结果为：
@com.fengcheng.Test.Tablefc(value=db_student)
db_student
db_name
varchar
10