华强都懂的反射,你不懂吗


我们都知道反射是框架设计的灵魂,是必须要掌握的内容,华强都懂了,你还不懂吗,今天我就来带你揭开反射的真面目,就问你看不看吧。

为什么要使用反射

我们先想一下为什么要有反射,看下面的例子:

假如我们有一个接口 X 及其方法 test,和两个对应的实现类 A、B:

public class Test {
    
    interface X {
     public void test();
 }

    class A implements X{
        @Override
        public void test() {
             System.out.println("I am A");
        }
    }

    class B implements X{
        @Override
        public void test() {
            System.out.println("I am B");
    }
}

我们正常使用哪个实现类就直接 new 一个就好了,看下面的代码:

public class Test {    
 	public static void main(String[] args) {
        X a = create1("A");
        a.test();
        X b = create1("B");
        b.test();
    }

    public static X create1(String name){
        if (name.equals("A")) {
            return new A();
        } else if(name.equals("B")){
            return new B();
        }
        return null;
    }
}

如果按照这种写法,如果有很多个不同的X的实现类,就要写很多个if语句来创建不同实现类的对象,我们看看反射是如何做的:

public class Test {
    
    public static void main(String[] args) {
 		X a = create2("A");
        a.test();
        X b = create2("B");
        b.test();
    }
    
 	// 使用反射机制
    public static X create2(String name){
        Class<?> class = Class.forName(name);
        X x = (X) class.newInstance();
        return x;
    }
}

向 create2() 方法传入包名和类名,通过反射机制动态的加载指定的类,然后再实例化对象。

看完上面这个例子,相信你对反射有了一定的认识。反射拥有以下四大功能:

  • 在运行时(动态编译)获知任意一个对象所属的类。
  • 在运行时构造任意一个类的对象。
  • 在运行时获知任意一个类所具有的成员变量和方法。
  • 在运行时调用任意一个对象的方法和属性。

上述这种「动态获取信息、动态调用对象的方法」的功能称为 Java 语言的反射机制。

Class 类是个什么东东

要想理解反射,首先要理解 Class 类,因为 Class 类是反射实现的基础。

我们看看 JDK 中Class 类的源码:

public final class Class<T> implements java.io.Serializable,
                              GenericDeclaration,
                              Type,
                              AnnotatedElement {

在程序运行期间,JVM 始终为所有的对象维护一个被称为运行时的类型标识,这个信息跟踪着每个对象所属的类的完整结构信息,包括包名、类名、实现的接口、拥有的方法和字段等。可以通过专门的 Java 类访问这些信息,这个类就是 Class 类。我们可以把 Class 类理解为类的类型,一个 Class 对象,称为类的类型对象,一个 Class 对象对应一个加载到 JVM 中的一个 .class 文件。

在通常情况下,一定是先有类再有对象。以下面这段代码为例,类的正常加载过程是这样的:

import java.util.Date; // 先有类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date(); // 后有对象
        System.out.println(date);
    }
}

首先 JVM 会将你的代码编译成一个 .class 字节码文件,然后被类加载器(Class Loader)加载进 JVM 的内存中,同时会创建一个 Date 类的 Class 对象存到堆中(注意这个不是 new 出来的对象,而是类的类型对象)。JVM 在创建 Date 对象前,会先检查其类是否加载,寻找类对应的 Class 对象,若加载好,则为其分配内存,然后再进行初始化 new Date()。

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需要注意的是,每个类只有一个 Class 对象,也就是说如果我们有第二条 new Date() 语句,JVM 不会再生成一个 Date 的 Class 对象,因为已经存在一个了。这也使得我们可以利用 == 运算符实现两个类对象比较的操作:

System.out.println(date.getClass() == Date.getClass()); // true

在加载完一个类后,内存中就产生了一个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 Class 对象看到类的结构,就好比一面镜子。所以我们形象的称之为:反射。

在通常情况下,是先有类再有对象,我们把这个通常情况称为 “正”。那么反射中的这个 “反” 我们就可以理解为根据对象找到对象所属的类(对象的出处)

Date date = new Date();
System.out.println(date.getClass()); // "class java.util.Date"

通过反射,也就是调用了 getClass() 方法后,我们就获得了 Date 类对应的 Class 对象,看到了 Date 类的结构,输出了 Date 对象所属的类的完整名称,即找到了对象的出处。当然,获取 Class 对象的方式不止这一种。

获取 Class 类对象的方式

从 Class 类的源码可以看出,它的构造函数是私有的,也就是说只有 JVM 可以创建 Class 类的对象,我们不能像普通类一样直接 new 一个 Class 对象。

private Class(ClassLoader loader) {
        classLoader = loader;
}

我们只能通过已有的类或对象来得到一个 Class类对象,Java 提供了四种方式:

第一种:

Class clazz = 类名.class;

但是我们一般是不知道具体类的,基本都是通过遍历包下面的类来获取 Class 对象,通过此方式获取 Class 对象不会进行初始化。

第二种:

Class clazz = Class.forName("com.xxx.类名");

这个 forName 方法底层是调用的 forName0,源码如下:

public static Class<?> forName(String className) throws ClassNotFoundException { 
    Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();      
    return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);  
}

第 2 个 boolean 参数表示类是否需要初始化,默认是需要初始化。一旦初始化,就会触发目标对象的 static 块代码执行,static 参数也会被再次初始化。

第三种:

Date date = new Date();Class clazz = date.getClass(); // 获取该对象实例的 Class 类对象

通过对象实例 instance.getClass() 获取。

第四种:

Class clazz = ClassLoader.LoadClass("com.xxx.类名");

通过类加载器获取 Class 对象不会进行初始化,意味着不进行包括初始化等一些列步骤,静态块和静态对象不会得到执行。

反射构造一个类的实例

上面我们介绍了获取 Class 类对象的方式,那么成功获取之后,我们就需要构造对应类的实例。下面介绍三种方法,第一种最为常见,最后一种大家稍作了解即可。

使用 Class.newInstance

举个具体的例子方便大家理解:

Date date1 = new Date();
Class clazz = date1.getClass();
Date date2 = clazz.newInstance(); // 创建一个与 clazz 具有相同类类型的实例

需要注意的是,newInstance方法调用默认的构造函数(无参构造函数)初始化新创建的对象。如果这个类没有默认的构造函数, 就会抛出一个异常。源码分析如下:

public T newInstance() throws InstantiationException, IllegalAccessException {  
    if (System.getSecurityManager() != null) {   
        checkMemberAccess(Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), false); 
    }   
    if (cachedConstructor == null) {   
        if (this == Class.class) {     
            throw new IllegalAccessException("Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class");
        }
    }
}

通过反射先获取构造方法再调用

由于不是所有的类都有无参构造函数又或者类构造器是 private 的,在这样的情况下,如果我们还想通过反射来实例化对象,Class.newInstance 是无法满足的。此时,我们可以使用 Constructor 的 newInstance 方法来实现,先获取构造函数,再执行构造函数。

public T newInstance(Object ... initargs) throws InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException { 
    if (!override) {       
        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {       
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();       
            checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);    
        }  
    }   
    if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
        throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");  
    ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   
    // read volatile   
    if (ca == null) {  
        ca = acquireConstructorAccessor();  
    }   
    @SuppressWarnings("unchecked")  
    T inst = (T) ca.newInstance(initargs);  
    return inst;
}

从上面代码很容易看出,Constructor.newInstance 是可以携带参数的,而 Class.newInstance 是无参的,这也就是为什么它只能调用无参构造函数的原因了。

大家不要把这两个 newInstance 方法弄混了。如果被调用的类的构造函数为默认的构造函数,采用Class.newInstance() 是比较好的选择, 一句代码就 OK;如果需要调用类的带参构造函数、私有构造函数等, 就需要采用 Constractor.newInstance()。

Constructor.newInstance 是执行构造函数的方法。我们来看看获取构造函数可以通过哪些渠道,作用如其名,以下几个方法都比较好记也容易理解,返回值都通过 Cnostructor 类型来接收。

那怎么获取到构造函数了,主要有下面几种方法:

1)获取所有”公有的”构造方法

public Constructor[] getConstructors() { }

2)获取所有的构造方法(包括私有、受保护、默认、公有)

public Constructor[] getDeclaredConstructors() { }

3)获取一个指定参数类型的”公有的”构造方法

public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes) { }

4)获取一个指定参数类型的”构造方法”,可以是私有的,或受保护、默认、公有

public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes) { }

使用开源库 Objenesis

Objenesis 是一个开源库,和上述第二种方法一样,可以调用任意的构造函数,不过封装的比较简洁:

public class Test {   
    // 不存在无参构造函数 
    private int i; 
    public Test(int i){    
        this.i = i;  
    }   
    public void show(){   
        System.out.println("test..." + i);  
    }
}   
public static void main(String[] args) {   
    Objenesis objenesis = new ObjenesisStd(true);   
    Test test = objenesis.newInstance(Test.class);  
    test.show();
}

反射获取成员变量

和获取构造函数差不多,获取成员变量也分批量获取和单个获取。返回值通过 Field 类型来接收。

批量获取

1)获取所有公有的字段

public Field[] getFields() { }

2)获取所有的字段(包括私有、受保护、默认的)

public Field[] getDeclaredFields() { }

单个获取

1)获取一个指定名称的公有的字段

public Field getField(String name) { }

2)获取一个指定名称的字段,可以是私有、受保护、默认的

public Field getDeclaredField(String name) { }

获取到成员变量之后,如何修改它们的值呢?

public void set(Object obj, Object value) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException { 
    if (!override) {   
        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {     
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();    
            checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);      
        }   
    } 
    getFieldAccessor(obj).set(obj, value);}

通过这个 set 方法,就可以修改变量的值了,set 方法包含两个参数:

  • obj:哪个对象要修改这个成员变量
  • value:要修改成哪个值

反射获取成员方法

同样的,获取成员方法也分批量获取和单个获取。返回值通过 Method 类型来接收。

批量获取

1)获取所有”公有方法”(包含父类的方法,当然也包含 Object 类)

public Method[] getMethods() { }

2)获取所有的成员方法,包括私有的(不包括继承的)

public Method[] getDeclaredMethods() { }

单个获取

获取一个指定方法名和参数类型的成员方法:

public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)

获取到方法之后该怎么调用它们呢?

public Object invoke(Object obj, Object... args) throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {  
    if (!override) {       
        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {    
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();   
            checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);      
        }   
    } 
    MethodAccessor ma = methodAccessor;       
    // read volatile  
    if (ma == null) {     
        ma = acquireMethodAccessor();   
    } 
    return ma.invoke(obj, args);
}

invoke 方法中包含两个参数:

  • obj:哪个对象要来调用这个方法
  • args:调用方法时所传递的实参

总结

经过了上面发射的学习,我们应该对反射有了一定的了解,下面说说反射的优缺点:

优点:比较灵活,能够在运行时动态获取类的实例。

缺点:

1)性能瓶颈:反射相当于一系列解释操作,通知 JVM 要做的事情,性能比直接的 Java 代码要慢很多。

2)安全问题:反射机制破坏了封装性,因为通过反射可以获取并调用类的私有方法和字段。

反射的经典应用场景

  • 动态代理机制
  • 使用 JDBC 连接数据库
  • Spring / Hibernate 框架(实际上是因为使用了动态代理,所以才和反射机制有关)

巨人的肩膀:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI0NDc3ODE5OQ==&mid=2247485598&idx=1&sn=be7b37b1f75545ea9008c4d1f7a23524&chksm=e959dd26de2e54301086a0f4226b735c74c9577563a2f92d4e71caadb98b95a382849912cbb5&scene=178&cur_album_id=1683346627601743872#rd


文章作者: Skyu
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