Java基础学习笔记29——反射
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1、类加载器
1.1、类加载
1.1.1、类的加载
1.1.2、类的连接
1.1.3、类的初始化
1.2、类加载器
2、反射
2.1、反射概述
2.2、获取Class类的对象
2.3、反射获取构造方法并使用
2.3.1、反射获取构造方法并使用练习
2.4、反射获取成员变量并使用
2.5、反射获取成员方法并使用
2.6、反射练习
2.6.1、练习1：越过泛型检查
2.6.2、练习二：运行配置文件指定内容
1、类加载器
1.1、类加载
当程序要使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，那么系统会通过类的加载，类的连接，类的初始化这三个步骤来对类进行初始化。如果不出现意外情况，JVM将会连续完成这三个步骤，所以有时也把这三个步骤称为类加载或者类初始化。
1.1.1、类的加载
- 就是指将class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象；
- 任何类被使用时，系统都会为之建立一个java.lang.Class对象。
1.1.2、类的连接
- 验证阶段：用于检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致；
- 准备阶段：负责为类的类变量分配内存，并设置默认初始化值；
- 解析阶段：将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用。
1.1.3、类的初始化
- 在该阶段，主要就是对类变量进行初始化。
类的初始化步骤：
- 假如类还未被加载和连接，则程序先加载并连接该类；
- 假如该类的直接父类还未被初始化，则先初始化其直接父类；
- 假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句。
注意：在执行第二个步骤的时候，系统对直接父类的初始化步骤也遵循初始化步骤1~3。
类的初始化时机：
- 创建类的实例；
- 调用类的类方法；
- 访问类或者接口的类变量，或者为该类变量赋值；
- 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象；
- 初始化某个类的子类；
- 直接使用java.exe命令来运行某个主类。
1.2、类加载器
类加载器的作用：
- 负责将.class文件加载到内存，并为之生成对应的java.lang.Class对象；
- 虽然我们不用过分关心类加载机制，但是了解这个机制我们就能更好地理解程序的运行。
JVM的类加载机制：
- 全盘负责：就是当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所以来的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显式使用另外一个类加载器来载入；
- 父类委托：就是当一个类加载器负责加载某个Class时，先让父类加载器试图加载该Class，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类；
- 缓存机制：保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序需要使用某个Class对象时，类加载器先从缓存区中搜索该Class，只有当缓存区中不存在该Class对象时，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存储到缓存区。
ClassLoader：时负责加载类的对象。Java运行时具有以下的内置类加载器：
- Bootstrap class loader：它是虚拟机的内置类加载器，通常表示为null，并且没有父null；
- Platform class loader：平台类加载器可以看到所有平台类，平台类包括由平台类加载器或其祖先定义的Java SE平台API，其实现类和JDK特定的运行时类；
- System class loader：它也被称为应用程序类加载器，与平台类加载器不同，系统类加载器通常用于定义应用程序类路径，模块路径和JDK特定工具上的类。
类加载器的继承关系：System的父加载器为Platform，而Platform的父加载器为Bootstrap。
ClassLoader中的两个方法：
- static ClassLoader getSystemClassLoader()：返回用于委派的系统类加载器。
- ClassLoader getParent()：返回父类加载器进行委派。
代码演示：
package LoaderPackage;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//static ClassLoader getSystemClassLoader()：返回用于委派的系统类加载器。
ClassLoader c1 = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(c1); //AppClassLoader
//ClassLoader getParent()：返回父类加载器进行委派。
ClassLoader c2 = c1.getParent();
System.out.println(c2); //PlatformClassLoader
ClassLoader c3 = c2.getParent();
System.out.println(c3); //null
}
}
结果：
jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@63947c6b
jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader@776ec8df
null2、反射
反射是框架设计的灵魂。
框架：半成品软件，可以在框架的基础上进行软件开发，简化编码。
2.1、反射概述
Java反射机制：是指在运行时去获取一个类的变量和方法信息，然后通过获取到的信息来创建对象，调用方法的一种机制。由于这种动态性，可以极大地增强程序的灵活性，程序不用在编译期就完成确定，在运行期仍然可以扩展。反射将类的各个组成部分封装为其它对象，这就是反射机制。
好处：
- 可以在程序运行过程中，操作这些对象。
- 可以解耦，来提高程序的可扩展性。
2.2、获取Class类的对象
我们要想通过反射去使用一个类，首先我们要获取到该类的字节码文件对象，也就是类型为Class类型的对象。
这里有三种方式获取Class类型的对象：
- 使用类的class属性来获取该类对应的Class对象。举例：Student.class将会返回Student类对应的Class对象。多用于参数的传递。
- 调用对象的getClass()方法，返回该对象所属类对应的Class对象。该方法时Object类中的方法，所有的Java对象都可以调用该方法。多用于对象的获取字节码的方式。
- 使用Class类中的静态方法forName(String className)，该方法需要传入字符串参数，该字符串参数的值是某个类的全路径，也就是完整包名的路径。多用于配置文件，将类名定义在配置文件中，读取文件，加载类。
结论：同一个字节码文件(*.class)在依次程序运行过程中，只会被加载一次，不论通过哪一种方式获取的Class对象都是同一个。
代码演示：
package ClassPackage;
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
//使用类的class属性来获取该类对应的Class对象(最方便)
Class c1 = Student.class;
System.out.println(c1);
Class c2 = Student.class;
System.out.println(c2);
System.out.println("----------");
//调用对象的getClass()方法，返回该对象所属类对应的Class对象
Student s = new Student();
Class c3 = s.getClass();
System.out.println(c3);
System.out.println("----------");
//使用Class类中的静态方法forName(String className)（灵活性更高）
Class c4 = Class.forName("ClassPackage.Student");
System.out.println(c4);
}
}
结果：
class ClassPackage.Student
class ClassPackage.Student
----------
class ClassPackage.Student
----------
class ClassPackage.Student 2.3、反射获取构造方法并使用
Class类中用于获取构造方法的方法：
- Constructor[] getConstructors()：返回所有公共构造方法对象的数组；
- Constrcutor[] getDeclaredConstructors()：返回所有构造方法对象的数组；
- Constructor
getConstructor(Class... parameterTypes)：返回单个公共构造方法对象； - Constructor
getDeclaredConstructor(Class...parameterTypes)：返回单个构造方法对象。
Constructor类中用于创建对象的方法：
- T newInstance(Object...initargs)：根据指定的构造方法创建对象。
代码演示：
package ClassPackage;
public class Student {
private String name;
int age;
public String address;
//构造方法
public Student() {
}
private Student(String name) {
this.name = name;
}
Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public Student(String name, int age, String address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
//成员方法
private void function() {
System.out.println("function");
}
public void method1() {
System.out.println("method");
}
public void method2(String s) {
System.out.println("method:"+s);
}
public String method3(String s, int i) {
return s+","+i;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", address='" + address + '\'' +
'}';
}
}package ClassPackage;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
//获取class对象
Class c = Class.forName("ClassPackage.Student");
//Constructor[] getConstructors()：返回一个包含Constructor对象的数组，
//Constructor对象反映了由该Class对象表示的类的公共的构造函数
Constructor[] cons1 = c.getConstructors();
for(Constructor con: cons1) {
System.out.println(con);
}
System.out.println("--------------------------");
//Constructor[] getDeclaredConstructors()：返回反映由该Class对象表示的类声明的所有构造函数的Constructor对象的数组
Constructor[] cons2 = c.getDeclaredConstructors();
for(Constructor con:cons2) {
System.out.println(con);
}
System.out.println("--------------------------");
/*Constructor getConstructor(Class...parameterTypes)：
返回一个Constructor对象，该对象反映由该Class对象表示的类的指定的公共构造函数
参数：你要获取的构造方法的参数的个数和数据类型对应的字节码文件对象*/
Constructor con1 = c.getConstructor();
//Constructor提供了一个类的单个构造函数的信息和访问权限
//反射要做的是：通过这个构造方法对象里面的方法来创建对象
/*T newInstance(Object... initargs)：
使用由此Constructor对象表示的构造函数，使用指定的初始化参数来创建和初始化构造函数的声明类的新实例*/
Object obj1 = con1.newInstance();
System.out.println(obj1); //重写了toString()方法
//Constructor getDeclaredConstructor(Class...parameterTypes)：
//返回一个Constructor对象，该对象反映由此Class对象表示的类或接口的指定构造函数
//参数：你要获取的构造方法的参数的个数和数据类型对应的字节码文件对象
Constructor con2 = c.getDeclaredConstructor();
Object obj2 = con2.newInstance();
System.out.println(obj2);
}
}
结果：
public ClassPackage.Student(java.lang.String,int,java.lang.String)
public ClassPackage.Student()
--------------------------
public ClassPackage.Student(java.lang.String,int,java.lang.String)
ClassPackage.Student(java.lang.String,int)
private ClassPackage.Student(java.lang.String)
public ClassPackage.Student()
--------------------------
Student{name='null', age=0, address='null'}
Student{name='null', age=0, address='null'} 2.3.1、反射获取构造方法并使用练习
- 基本数据类型也可以通过.class得到对应的Class类型。
- public void setAccessible(boolean flag)：值为true，取消访问检查。
代码演示：
package ClassPackage;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
//获取class对象
Class c = Class.forName("ClassPackage.Student");
//获取带3个参数的构造方法的构造方法对象
//public Student(String name, int age, String address)
//Constructor getConstructor(Class...parameterTypes)
//基本数类型也可以通过.class得到对应的Class类型
Constructor con1 = c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
//T newInstance(Object... initargs)
Object obj1 = con1.newInstance("张三", 20, "安徽");
System.out.println(obj1);
//获取带1个参数的构造方法的构造方法对象
//private Student(String name)
//Constructor getDeclaredConstructor(Class...parameterTypes)
Constructor con2 = c.getDeclaredConstructor(String.class);
//Object obj2 = con2.newInstance("李四"); //异常：IllegalAccessException
//暴力反射：public void setAccessible(boolean flag)：值为true，则取消访问检查
con2.setAccessible(true);
Object obj2 = con2.newInstance("李四");
System.out.println(obj2);
}
}
结果：
Student{name='张三', age=20, address='安徽'}
Student{name='李四', age=0, address='null'} 2.4、反射获取成员变量并使用
Class类中用于获取成员变量的方法：
- Filed[] getFields()：返回所有公共成员变量对象的数组；
- Field[] getDeclaredFields()：返回所有成员变量对象的数组；
- Field getField(String name)：返回单个公共成员变量对象；
- Field getDeclaredField(String name)：返回单个成员变量对象。
Filed类中用于给成员变量赋值的方法：
- void set(Object obj, Object value)：给obj对象的成员变量赋值为value。
public void setAccessible(boolean flag)：值为true，取消访问检查。
代码演示：
package ClassPackage;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException {
//获取class对象
Class c = Class.forName("ClassPackage.Student");
//Field[] getFields()：返回一个包含Field对象的数组，Filed对象反映由该Class对象表示的类或接口的所有可访问的公共字段
//Field[] getDeclaredFields()：返回一个Field对象的数组，反映了由该Class对象表示的类或接口的所有字段
Field[] fields1 = c.getFields();
for(Field field:fields1) {
System.out.println(field);
}
System.out.println("-------------------");
Field[] fields2 = c.getDeclaredFields();
for(Field field:fields2) {
System.out.println(field);
}
System.out.println("-------------------");
//获取无参构造方法创建对象
Constructor con = c.getConstructor();
Object obj = con.newInstance();
//Field getField(String name)：返回一个Field对象，该对象反映由该Class对象表示的类或接口的公共成员字段
//Field getDeclaredField(String name)：返回一个Field对象，该对象反映由该Class对象表示的类或接口的指定声明字段
Field addressField = c.getField("address");
//void set(Object obj, Object value)：将指定的对象参数中由此Field对象表示的字段设置为指定的新值
addressField.set(obj,"安徽"); //给obj的成员变量addressField赋值为“安徽”
System.out.println(obj);
}
}
结果：
public java.lang.String ClassPackage.Student.address
-------------------
private java.lang.String ClassPackage.Student.name
int ClassPackage.Student.age
public java.lang.String ClassPackage.Student.address
-------------------
Student{name='null', age=0, address='安徽'}2.5、反射获取成员方法并使用
Class类中用于获取成员方法的方法：
- Method[] getMethods()：返回所有公共成员方法对象的数组，包括继承的；
- Method[] getDeclaredMethods()：返回所有成员方法对象的数组，不包括继承的；
- Method getMethod(String name, Class...parameterTypes)：返回单个公共成员方法对象；
- Method getDeclaredMethod(String name, Class...parameterTypes)：返回单个成员方法对象。
代码演示：
package ClassPackage;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
//获取class对象
Class c = Class.forName("ClassPackage.Student");
/*Method[] getMethods()：返回一个包含方法对象的数组，方法对象反映由该Class对象表示的类或接口的所有公共方法，
包括由类或接口声明的对象以及从父类和父接口继承的类*/
/*Method[] getDeclaredMethods()：返回一个包含方法对象的数组，方法对象反映由Class对象表示的类或接口的所有声明方法，
包括public,protected,default(package)访问和私有方法，但不包括继承方法*/
Method[] methods1 = c.getMethods();
for(Method method:methods1) {
System.out.println(method);
}
System.out.println("--------------");
Method[] methods2 = c.getDeclaredMethods();
for(Method method:methods2) {
System.out.println(method);
}
System.out.println("--------------");
//获取无参构造方法创建对象
Constructor con = c.getConstructor();
Object obj = con.newInstance();
/*Method getMethod(String name, Class...parameterTypes)：
返回一个方法对象，该对象反映由该Class对象表示的类或接口的指定公共成员方法。*/
/*Method getDeclaredMethod(String name, Class...parameters)：
返回一个方法对象，它反映此表示的类或接口的指定声明的方法Class对象*/
Method mth1 = c.getMethod("method1");
//在类或接口上提供有关单一方法的信息和访问权限
/*Object invoke(Object obj, Object...args)：在具有指定参数的指定对象上调用此方法 对象表示的基础方法
Object：返回值类型;obj：调用方法的对象;args：方法需要的参数*/
mth1.invoke(obj);
Method mth2 = c.getMethod("method2", String.class);
mth2.invoke(obj,"张三");
Method mth3 = c.getMethod("method3", String.class, int.class);
Object o = mth3.invoke(obj,"李四",20);
System.out.println(o);
Method mth4 = c.getDeclaredMethod("function");
mth4.setAccessible(true);
mth4.invoke(obj);
}
}
结果：
public java.lang.String ClassPackage.Student.toString()
public void ClassPackage.Student.method1()
public void ClassPackage.Student.method2(java.lang.String)
public java.lang.String ClassPackage.Student.method3(java.lang.String,int)
public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
public native int java.lang.Object.hashCode()
public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
public final native void java.lang.Object.notify()
public final native void java.lang.Object.notifyAll()
--------------
public java.lang.String ClassPackage.Student.toString()
private void ClassPackage.Student.function()
public void ClassPackage.Student.method1()
public void ClassPackage.Student.method2(java.lang.String)
public java.lang.String ClassPackage.Student.method3(java.lang.String,int)
--------------
method
method:张三
李四,20
function2.6、反射练习
2.6.1、练习1：越过泛型检查
我有一个ArrayList
代码演示：
package ReflectPackage;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
//创建集合
ArrayList array = new ArrayList();
array.add(10);
array.add(20);
//array.add("hello"); //报错
//得到array的class对象
Class c = array.getClass();
Method m = c.getMethod("add", Object.class);
m.invoke(array,"Hello");
m.invoke(array,"World");
m.invoke(array,"Java");
System.out.println(array);
}
}
结果：
[10, 20, Hello, World, Java] 2.6.2、练习二：运行配置文件指定内容
写一个“框架”，不能改变该类的任何代码的前提下，可以帮助我们创建任意类的对象，并且执行其中任意方法。
通过配置文件运行类中的方法。
代码演示：
package ReflectPackage;
public class Teacher {
public void show() {
System.out.println("老师");
}
}
package ReflectPackage;
public class Student {
public void show() {
System.out.println("学生");
}
}
package ReflectPackage;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;
public class Test2 {
public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
Student s = new Student();
s.show();
Teacher t = new Teacher();
t.show();
System.out.println("-------------");
/*
pro.properties的内容：
className=ReflectPackage.Student
mathodName=show
*/
//加载配置文件
Properties prop = new Properties();
ClassLoader classLoader = Test2.class.getClassLoader(); //获取class目录下的配置文件
InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("pro.properties");
prop.load(is);
// FileReader fr = new FileReader("src\\ReflectPackage\\class.txt");
// prop.load(fr);
// fr.close();
//获取配置文件中定义的数据
String className = prop.getProperty("className");
String methodName = prop.getProperty("methodName");
//通过反射来使用
Class c = Class.forName(className);
Constructor con = c.getConstructor();
Object obj = con.newInstance();
Method m = c.getMethod(methodName);
m.invoke(obj);
}
}
结果：
学生
老师
-------------
学生