【Java高级编程】Java反射机制

川长思鸟来 2023-10-12 23:27 50阅读 0赞

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#### Java反射机制 ####

*   *   *  1、反射的概述
         *   *  1.1、本章的主要内容
             *  1.2、关于反射的理解
             *  1.3、体会反射机制的“动态性”
             *  1.4、反射机制能提供的功能
             *  1.5、相关API
         *  2、Class类的理解与获取Class的实例
         *   *  2.1、Class类的理解
             *  2.2、获取Class实例的几种方式
             *  2.3、总结：创建类的对象的方式
             *  2.4、Class实例可以是哪些结构的说明
         *  3、了解ClassLoader
         *   *  3.1、类的加载过程（了解）
             *  3.2、类的加载器的作用
             *  3.3、类的加载器的分类
             *  3.4、Java类编译、运行的执行过程
             *  3.5、使用Classloader加载src目录下的配置文件
         *  4、反射应用一：创建运行时类的对象
         *  5、反射应用二：获取运行时类的完整结构
         *   *  5.1、获取属性
             *  5.2、获取方法
             *  5.3、获取其他结构
         *  6、反射应用三：调用运行时类的指定结构
         *   *  6.1、调用指定的属性
             *  6.2、调用指定的方法
             *  6.3、调用指定的构造器
         *  7、反射应用四：动态代理
         *   *  7.1、代理模式的原理
             *  7.2、静态代理
             *  7.3、动态代理的特点
             *  7.4、动态代理的实现

#### 1、反射的概述 ####

##### 1.1、本章的主要内容 #####

*  Java反射机制概述
 *  理解Class类并获取Class实例
 *  类的加载与ClassLoader的理解
 *  创建运行时类的对象
 *  获取运行时类的完成结构
 *  调用运行时类的指定结构
 *  反射的应用：动态代理

##### 1.2、关于反射的理解 #####

*  Reflection（反射）是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容属性及方法。

> 框架 = 反射 + 注解 + 设计模式

##### 1.3、体会反射机制的“动态性” #####

/**
     * 体会反射的动态性
     */
    @Test
    public void test2 () {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int num = new Random().nextInt(3);
            String classPath = "";
            switch (num) {
                case 0:
                    classPath = "java.util.Date";
                    break;
                case 1:
                    classPath = "java.lang.Object";
                    break;
                case 2:
                    classPath = "com.atguigu.java.Person";
                    break;
            }
    
            try {
                Object obj = getInstance(classPath);
                System.out.println(obj);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    /**
     * 创建一个指定类的对象
     * @param classPath 指定类的全类名
    */
    public Object getInstance(String classPath) throws Exception {
    Class clazz = Class.forName(classPath);
    return  clazz.newInstance();
    }

##### 1.4、反射机制能提供的功能 #####

*  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

##### 1.5、相关API #####

*  java.lang.Class：反射的源头
 *  java.lang.reflect.Method
 *  java.lang.reflect.Field
 *  java.lang.reflect.Constructor

#### 2、Class类的理解与获取Class的实例 ####

##### 2.1、Class类的理解 #####

*  类的加载过程
    
     *  程序经过javac.exe命令以后，会生成一个或多个字节码文件(.class结尾)。接着我们使用java.exe命令对某个字节码文件进行解释运行。相当于将某个字节码文件加载到内存中。此过程就称为类的加载。加载到内存中的类，我们就称为运行时类，此运行时类，就作为Class的一个实例。
 *  换句话说，Class的实例就对应着一个运行时类
 *  加载到内存中的运行时类，会缓存一定的时间。在此时间之内，我们可以通过不同的方式来获取此运行时类。

##### 2.2、获取Class实例的几种方式 #####

@Test
    public void test3() throws ClassNotFoundException {
        // 方式一：调用运行时类的属性：.class
        Class clazz1 = Person.class;
        System.out.println(clazz1);
        // 方式二：通过运行时类的对象，调用getClass()
        Person p1 = new Person();
        Class clazz2 = p1.getClass();
        System.out.println(clazz2);
        // 方式三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)
        Class clazz3 = Class.forName("com.atguigu.java.Person");
        System.out.println(clazz3);
        // 方式四：使用类的加载器：ClassLoader(了解)
        ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
        Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.atguigu.java.Person");
        System.out.println(clazz4);
    
        System.out.println(clazz1 == clazz2);// true
        System.out.println(clazz1 == clazz3);// true
        System.out.println(clazz1 == clazz4);// true
    }

##### 2.3、总结：创建类的对象的方式 #####

*  方式一：new + 构造器
 *  方式二：要创建Xxx类的对象，可以考虑：Xxx、Xxxs、XxxFactory、XxxBuilder类中查看是否有静态方法的存在。可以调用其静态方法，创建Xxx对象
 *  方式三：通过反射

##### 2.4、Class实例可以是哪些结构的说明 #####

*  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

#### 3、了解ClassLoader ####

##### 3.1、类的加载过程（了解） #####

*  当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过如下三个步骤来对该类进行初始化。
    
     *  类的加载：将类的class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象。此过程由类加载器完成
     *  类的链接：将类的二进制数据合并到JRE中
     *  类的初始化：JVM负责对类进行初始化

##### 3.2、类的加载器的作用 #####

*  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。

##### 3.3、类的加载器的分类 #####

*  引导类加载器：用C++编写的，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
 *  扩展类加载器：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
 *  系统类加载器：负责java -classpath 或 -D java.class.path所指的目录下的类与jar包装入工作，是最常用的加载器

##### 3.4、Java类编译、运行的执行过程 #####

源程序

Java编译器

字节码

类装载器

字节码校验器

解释器

操作系统平台

##### 3.5、使用Classloader加载src目录下的配置文件 #####

@Test
    public void test2() throws Exception {
        Properties pros = new Properties();
        // 读取配置文件的方式一：
        // FileInputStream fis = new FileInputStream("src\\jdbc1.properties");
        // pros.load(fis);
        // 读取配置文件的方式二：
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");
        pros.load(is);
    
        String user = pros.getProperty("user");
        String password = pros.getProperty("password");
        System.out.println("user = " + user + ",password = " + password);
    }

#### 4、反射应用一：创建运行时类的对象 ####

*  newInstance()：调用此方法，创建对应的运行时类的对象。内部调用了运行时类的空参的构造器
 *  要想此方法正常的创建运行时类的对象，要求：
    
     *  1、运行时类必须提供空参的构造器
     *  2、空参的构造器的访问权限得够。通常，设置为public
 *  在JavaBean中要求提供一个public的空参构造器。原因：
    
     *  1、便于通过反射，创建运行时类的对象
     *  2、便于子类继承此运行时类时，默认调用super()时，保证父类有此构造器

@Test
    public void test1() throws InstantiationException, IllegalAccessException {
        Class<Person> clazz = Person.class;
    
        Person person = clazz.newInstance();
        System.out.println(person);
    }

#### 5、反射应用二：获取运行时类的完整结构 ####

##### 5.1、获取属性 #####

@Test
    public void test1() {
        Class clazz = Person.class;
        // 获取属性结构
        // getFields()：获取当前运行时类及其父类中声明为public访问权限的属性
        Field[] fields = clazz.getFields();
        for (Field f : fields) {
            System.out.println(f);
        }
        System.out.println();
        // getDeclaredFields()：获取当前运行时类中声明的所有属性。（不包含父类中声明的属性）
        Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field f : declaredFields) {
            System.out.println(f);
        }
    }

##### 5.2、获取方法 #####

@Test
    public void test1 () {
        Class clazz = Person.class;
        // getMethods()：获取当前运行时类及其所有父类中声明为public权限的方法
        Method[] methods = clazz.getMethods();
        for (Method m : methods) {
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println();
        // getDeclaredMethods()：获取当前运行时类中声明的所有方法。（不包含父类中声明的方法）
        Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
        for (Method m : declaredMethods) {
            System.out.println(m);
        }
    }

##### 5.3、获取其他结构 #####

/**
     * 获取构造器结构
     */
    @Test
    public void test1 () {
        Class clazz = Person.class;
        // getConstructors()：获取当前运行时类中声明为public的构造器
        Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
        for (Constructor c : constructors) {
            System.out.println(c);
        }
        System.out.println();
        // getDeclaredConstructors()：获取当前运行时类中声明的所有构造器
        Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor c : declaredConstructors) {
            System.out.println(c);
        }
    }
    /**
     * 获取运行时类的父类
     */
    @Test
    public void test2 () {
        Class clazz = Person.class;
        Class superclass = clazz.getSuperclass();
        System.out.println(superclass);
    }
    /**
     * 获取运行时类的带泛型的父类
     */
    @Test
    public void test3 () {
        Class clazz = Person.class;
        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        System.out.println(genericSuperclass);
    }
    /**
     * 获取运行时类的带泛型的父类的泛型
     */
    @Test
    public void test4 () {
        Class clazz = Person.class;
        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
        // 获取泛型类型
        Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();
        for (Type type : actualTypeArguments) {
            System.out.println(type.getTypeName());
        }
    }
    /**
     * 获取运行时类实现的接口
     */
    @Test
    public void test5 () {
        Class clazz = Person.class;
        Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
        for (Class c : interfaces) {
            System.out.println(c);
        }
        System.out.println();
        //获取运行时类的父类实现的接口
        Class[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
        for (Class c : interfaces1) {
            System.out.println(c);
        }
    }
    /**
     * 获取运行时类所在的包
     */
    @Test
    public void test6 () {
        Class clazz = Person.class;
        Package pack = clazz.getPackage();
        System.out.println(pack);
    }
    /**
     * 获取运行时类声明的注解
     */
    public void test7 () {
        Class clazz = Person.class;
        Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
        for (Annotation annos : annotations) {
            System.out.println(annos);
        }
    }

#### 6、反射应用三：调用运行时类的指定结构 ####

##### 6.1、调用指定的属性 #####

@Test
        public void testField1 () throws Exception {
            Class clazz = Person.class;
            // 创建运行时类的对象
            Person p = (Person) clazz.newInstance();
            // 1、getDeclaredField(String fieldName)：获取运行时类中指定变量名的属性
            Field name = clazz.getDeclaredField("name");
            // 2、保证当前属性时可访问的
            name.setAccessible(true);
            // 3、获取、设置指定对象的此属性值
            name.set(p, "Tom");
            System.out.println(name.get(p));
        }

##### 6.2、调用指定的方法 #####

@Test
    public void testMethod () throws Exception {
        Class clazz = Person.class;
        // 创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();
        // 1、获取指定的某个方法
        // getDeclaredMethod()：参数1指明获取的方法的名称 参数2指明获取的方法的形参类型
        Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);
        // 2、保证当前方法是可访问的
        show.setAccessible(true);
        // 3、调用方法的invoke()：参数1方法的调用者 参数2给方法形参赋值的实参
        // invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值
        Object returnValue = show.invoke(p, "CHN");
        System.out.println(returnValue);
        // 如何调用静态方法
        Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
        showDesc.setAccessible(true);
        // 如果调用的运行时类中的方法没有返回值，则此invoke()返回null
        // Object returnVal = showDesc.invoke(null);
        Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
        System.out.println(returnVal);
    }

##### 6.3、调用指定的构造器 #####

@Test
    public void testConstructor() throws Exception {
        Class clazz = Person.class;
        // 1、获取指定的构造器
        // getDeclaredConstructor()：参数指明构造器的参数列表
        Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
        // 2、保证此构造器是可访问的
        constructor.setAccessible(true);
        // 3、调用此构造器创建运行时类的对象
        Person per = (Person) constructor.newInstance("Tom");
        System.out.println(per);
    }

#### 7、反射应用四：动态代理 ####

##### 7.1、代理模式的原理 #####

*  使用一个代理将对象包装起来，然后用该代理对象取代原始对象。任何对原始对象的调用都要通过代理。代理对象决定是否以及何时将方法调用转到原始对象上。

##### 7.2、静态代理 #####

// 被代理类
    Class MyThread implements Runnable () {}
    // 代理类
    Class Thread implements Runnable() {}
    // 代理操作
    main () {
        MyThread t = new MyThread();
        Thread thread = new Thread(t);
        thread.start();// 启动线程；调用线程的run()
    }

*  静态代理的缺点
    
     *  代理类和目标对象的类都是在编译期间确定下来，不利于程序的扩展。
     *  每一个代理类只能为一个接口服务，这样一来程序开发中必然产生过多的代理。

##### 7.3、动态代理的特点 #####

*  动态代理是指客户通过代理类来调用其它对象的方法，并且是在程序**运行时根据需要动态创建**目标类的代理对象。

##### 7.4、动态代理的实现 #####

*  需要解决的两个主要问题：
    
     *  问题一：如何根据加载到内存中的被代理类，动态创建一个代理类及其对象 --> 通过Proxy.newProxyInstance()实现
     *  问题二：当通过代理类的对象调用方法a时，如何动态的去调用被代理类中的同名方法a --> 通过InvocationHandler接口的实现类及其方法invoke()

/**
     * 动态代理体会：反射的动态性
     */
    interface Human {
        String getBelief();
        void eat(String food);
    }
    // 被代理类
    class SuperMan implements Human {
        @Override
        public String getBelief() {
            return "I believe I can fly!";
        }
        @Override
        public void eat(String food) {
            System.out.println("我喜欢吃" + food);
        }
    }
    class HumanUtil {
        public void method1 () {
            System.out.println("=======通用方法一=======");
        }
        public void method2 () {
            System.out.println("=======通用方法二=======");
        }
    }
    class ProxyFactory {
        // 调用此方法，返回一个代理类的对象。解决问题一
        public static Object getProxyInstance(Object obj) {// obj：被代理类的对象
            MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();
            handler.bind(obj);
            return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj.getClass().getInterfaces(), handler);
        }
    }
    class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
        private Object obj;// 需要使用被代理类的对象进行赋值
        public void bind(Object obj) {
            this.obj = obj;
        }
        // 当我们通过代理类的对象，调用方法a时，就会自动的调用如下的方法：invoke()
        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            HumanUtil util = new HumanUtil();
            util.method1();
            // method：即为代理类对象调用的方法，此方法也就作为了被代理类对象要调用的方法
            // obj：被代理类的对象
            Object returnValue = method.invoke(obj, args);
            util.method2();
            // 上述方法的返回值就作为当前类中的invoke()返回值
            return returnValue;
        }
    }
    public class ProxyTest {
        public static void main(String[] args) {
            SuperMan superMan = new SuperMan();
            // proxyInstance：代理类的对象
            Human proxyInstance = (Human) ProxyFactory.getProxyInstance(superMan);
            // 当通过代理类对象调用方法时，会自动的调用被代理类中同名的方法
            String belief = proxyInstance.getBelief();
            System.out.println(belief);
            proxyInstance.eat("四川麻辣烫");
        }
    }

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