前言:
眼前我们对“java源程序”大约比较关注,兄弟们都需要知道一些“java源程序”的相关资讯。那么小编也在网摘上汇集了一些对于“java源程序””的相关知识,希望你们能喜欢,你们快快来学习一下吧!目录
何为反射?
反射(Reflection),是指Java程序具有 在运行期 分析类以及修改其本身状态或行为的能力 。
通俗点说 就是 通过反射我们可以 动态地 获取一个类的所有属性和方法,还可以操作这些方法和属性。
实例的创建
一般我们创建一个对象实例 Person zhang = new Person();
虽然是简简单单一句,但JVM内部的实现过程是复杂的:
将硬盘上指定位置的Person.class文件加载进内存执行main方法时,在栈内存中开辟了main方法的空间(压栈-进栈),然后在main方法的栈区分配了一个变量zhang。执行new,在堆内存中开辟一个 实体类的 空间,分配了一个内存首地址值调用该实体类对应的构造函数,进行初始化(如果没有构造函数,Java会补上一个默认构造函数)。将实体类的 首地址赋值给zhang,变量zhang就引用了该实体。(指向了该对象)
其中上图步骤1 Classloader(类加载器) 将class文件加载到内存中具体分为3个阶段:加载、连接、初始化
而又在 加载阶段,类加载器 会 将类对应的.class文件中的二进制字节流读入到内存中,将这个字节流转化为方法区的运行时数据结构,然后在堆区创建一个**java.lang.Class 对象**(类相关的信息),作为对方法区中这些数据的访问入口
然后再通过 类的实例 来执操作 类的方法和属性 ,比如 zhang.eat(), zhang.getHeight() 等等
如果我们使用反射的话,我们需要拿到该类Person的Class对象,再通过Class对象来操作 类的方法和属性或者创建类的实例
Class personClass = Person.class;//这边只是举一个例子,获取class对象的多种方式,本文后面再慢慢道来Object person = personClass.newInstance();
我们可以发现 通过new创建类的实例和反射创建类的实例,都绕不开.class文件 和 Class类的。
.class文件
首先我们得先了解一下 什么是.class文件
举个简单的例子,创建一个Person类:
public class Person { /** * 状态 or 属性 */ String name;//姓名 String sex;//性别 int height;//身高 int weight;//体重 /** * 行为 */ public void sleep(){ System.out.println(this.name+"--"+ "睡觉"); } public void eat(){ System.out.println("吃饭"); } public void Dance(){ System.out.println("跳舞"); }}
我们执行javac命令,编译生成Person.class文件
然后我们通过vim 16进制 打开它
#打开file文件vim Person.class #在命令模式下输入.. 以16进制显示 :%!xxd #在命令模式下输入.. 切换回默认显示:%!xxd -r
不同的操作系统,不同的 CPU 具有不同的指令集,JAVA能做到平台无关性,依靠的就是 Java 虚拟机。
.java源码是给人类读的,而 .class字节码是给JVM虚拟机读的 ,计算机智能识别 0 和 1组成的二进制文件,所以虚拟机就是我们编写的代码和计算机之间的桥梁。
虚拟机将我们编写的 .java 源程序文件编译为 字节码 格式的 .class 文件,字节码是各种虚拟机与所有平台统一使用的程序存储格式,class文件主要用于解决平台无关性的中间文件
Person.class文件 包含Person类的所有信息
Class类
我们来看下jdk的官方api文档对其的定义:
Class类的类表示正在运行的Java应用程序中的类和接口。 枚举是一种类,一个注释是一种界面。 每个数组也属于一个反映为类对象的类,该对象由具有相同元素类型和维数的所有数组共享。
原始Java类型( boolean , byte , char , short , int , long , float和double ),和关键字void也表示为类对象。
类没有公共构造函数。 相反, 类对象由Java虚拟机自动构建,因为加载了类,并且通过调用类加载器中的defineClass方法。。
**java 万物皆是Class类 **
【图片】
我们来看下Class类的源码,源码太多了,挑了几个重点:
public final class Class<T> implements java.io.Serializable, GenericDeclaration, Type, AnnotatedElement { private static final int ANNOTATION= 0x00002000; private static final int ENUM = 0x00004000; private static final int SYNTHETIC = 0x00001000; private static native void registerNatives(); static { registerNatives(); } /* * Private constructor. Only the Java Virtual Machine creates Class objects. * This constructor is not used and prevents the default constructor being * generated. */ private Class(ClassLoader loader) { //私有化的 构造器 // Initialize final field for classLoader. The initialization value of non-null // prevents future JIT optimizations from assuming this final field is null. classLoader = loader; } ... // reflection data that might get invalidated when JVM TI RedefineClasses() is called private static class ReflectionData<T> { volatile Field[] declaredFields;//字段 volatile Field[] publicFields; volatile Method[] declaredMethods;//方法 volatile Method[] publicMethods; volatile Constructor<T>[] declaredConstructors;//构造器 volatile Constructor<T>[] publicConstructors; // Intermediate results for getFields and getMethods volatile Field[] declaredPublicFields; volatile Method[] declaredPublicMethods; volatile Class<?>[] interfaces;//接口 // Value of classRedefinedCount when we created this ReflectionData instance final int redefinedCount; ReflectionData(int redefinedCount) { this.redefinedCount = redefinedCount; } } ... //注释数据 private volatile transient AnnotationData annotationData; private AnnotationData annotationData() { while (true) { // retry loop AnnotationData annotationData = this.annotationData; int classRedefinedCount = this.classRedefinedCount; if (annotationData != null && annotationData.redefinedCount == classRedefinedCount) { return annotationData; } // null or stale annotationData -> optimistically create new instance AnnotationData newAnnotationData = createAnnotationData(classRedefinedCount); // try to install it if (Atomic.casAnnotationData(this, annotationData, newAnnotationData)) { // successfully installed new AnnotationData return newAnnotationData; } } } ...
我们可以发现Class也是类,是一种特殊的类,将我们定义普通类的共同的部分进行抽象,保存类的属性,方法,构造方法,类名、包名、父类,注解等和类相关的信息。
Class类的构造方法是private, 只有JVM能创建Class实例 ,我们开发人员 是无法创建Class实例的,JVM在构造Class对象时,需要传入一个 类加载器 。
类也是可以用来存储数据的,Class类就像 普通类的模板 一样,用来保存“类所有相关信息”的类。
我们来继续看这个利用反射的例子: Class personClass = Person.class;
由于JVM为加载的 Person.class创建了对应的Class实例,并在该实例中保存了该 Person.class的所有信息,因此,如果获取了Class实例(personClass ),我们就可以通过这个Class实例获取到该实例对应的 Person类 的所有信息。
反射的使用获取Class实例4种方式通过对象调用 getClass() 方法来获取
Person p1 = new Person();Class c1 = p1.getClass();
像这种已经创建了对象的,再去进行反射的话,有点多此一举。
一般是用于传过来的是Object类型的对象,不知道具体是什么类,再用这种方式比较靠谱
类名.class
Class c2 = Person.class;
这种需要提前知道导入类的包,程序性能更高,比较常用,通过此方式获取 Class 对象 ,Person类不会进行初始化
通过 Class 对象的 forName() 静态方法来获取,最常用的一种方式
Class c3 = Class.forName("com.zj.demotest.domain.Person");
这种只需传入类的全路径 , Class.forName会进行初始化initialization步骤 ,即静态初始化(会初始化类变量,静态代码块)。
通过类加载器对象的 loadClass() 方法
public class TestReflection { public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException { Person p1 = new Person(); Class c1 = p1.getClass(); Class c2 = Person.class; Class c3 = Class.forName("com.zj.demotest.domain.Person"); //第4中方式,类加载器 ClassLoader classLoader = TestReflection.class.getClassLoader(); Class c4 = classLoader.loadClass("com.zj.demotest.domain.Person"); System.out.println(c1.equals(c2)); System.out.println(c2.equals(c3)); System.out.println(c3.equals(c4)); System.out.println(c1.equals(c4)); }}
loadClass的源码:
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { return loadClass(name, false);}
loadClass 传入的第二个参数是"false",因此它不会对类进行连接这一步骤,根据 类的生命周期 我们知道,如果一个类没有进行验证和准备的话,是无法进行初始化过程的,即 不会进行类初始化,静态代码块和静态对象也不会得到执行
我们将c1,c2,c3,c4进行 equals 比较
System.out.println(c1.equals(c2));System.out.println(c2.equals(c3));System.out.println(c3.equals(c4));System.out.println(c1.equals(c4));结果:
true true true true
因为Class实例在JVM中是唯一的,所以,上述方法获取的Class实例是同一个实例, 一个类在 JVM 中只会有一个 Class 实例
Class类常用的API
日常开发的时候,我们一般使用反射是为了 创建类实例(对象)、反射获取类的属性和调用类的方法
getName()
获得类的完整名字
getFields()
获得类的public类型的属性
getDeclaredFields()
获得类的所有属性。包括 private 声明的和继承类
getMethods()
获得类的public类型的方法
getDeclaredMethods()
获得类的所有方法。包括 private 声明的和继承类
getMethod(String name, Class[] parameterTypes)
获得类的特定方法,name参数指定方法的名字,parameterTypes 参数指定方法的参数类型。
getConstructors()
获得类的public类型的构造方法
getConstructor(Class[] parameterTypes)
获得类的特定构造方法,parameterTypes 参数指定构造方法的参数类型
newInstance()
通过类的不带参数的构造方法创建这个类的一个对象
getSuperClass()
用于返回表示该 Class 表示的任何类、接口、原始类型或任何 void 类型的 超类的Class(即父类) 。
...
...
我们这边就不全部展开讲了,挑几个重点讲解一下
创建对象调用class对象的 newInstance() 方法
Class c1 = Class.forName("com.zj.demotest.domain.Person");Person p1 = (Person) c1.newInstance();p1.eat();
结果:
吃饭
注意:Person类必须有一个 无参的构造器 且 类的构造器的访问权限不能是private
使用指定构造方法 Constructor 来创建对象
如果我们非得让Person类的无参构造器设为private呢,我们可以获取对应的Constructor来创建对象
Class c1 = Class.forName("com.zj.demotest.domain.Person");Constructor<Person> con = c1.getDeclaredConstructor();con.setAccessible(true);//允许访问Person p1 = con.newInstance();p1.eat();
结果:
吃饭
注意:setAccessible()方法能在运行时 压制 Java语言访问控制检查(Java language access control checks),从而能任意调用 被私有化 保护的方法、域和构造方法。
由此我们可以发现** 单例模式不再安全,反射可破之!**
访问属性
Field getField(name)
根据字段名获取某个public的field(包括父类)
Field getDeclaredField(name)
根据字段名获取当前类的某个field(不包括父类)
Field[] getFields()
获取所有public的field(包括父类)
Field[] getDeclaredFields()
获取当前类的所有field(不包括父类)
我们来看一个例子:
public class TestReflection3 { public static void main(String[] args) throws Exception { Object p = new Student("li hua"); Class c = p.getClass(); Field f = c.getDeclaredField("name");//获取属性 f.setAccessible(true);//允许访问 Object val= f.get(p); System.out.println(val); } static class Student { private String name; public Student(String name) { this.name = name; } }}
结果:
li hua
我们可以发现 反射可以破坏类的封装
调用方法
Method getMethod(name, Class...)
获取某个public的Method(包括父类)
Method getDeclaredMethod(name, Class...)
获取当前类的某个Method(不包括父类)
Method[] getMethods()
获取所有public的Method(包括父类)
Method[] getDeclaredMethods()
获取当前类的所有Method(不包括父类)
我们来看一个例子:
public class TestReflection4 { public static void main(String[] args) throws Exception { //获取私有方法,需要传参:方法名和参数 Method h = Student.class.getDeclaredMethod("setName",String.class); h.setAccessible(true); Student s1 =new Student(); System.out.println(s1.name); //传入目标对象,调用对应的方法 h.invoke(s1,"xiao ming"); System.out.println(s1.name); } static class Student { private String name; private void setName(String name) { this.name = name; } }}
结果:
null xiao ming
我们发现获取方法getMethod()时,需要传参 方法名和参数
这是因为.class文件中通常有 不止一个方法 ,获取方法getMethod()时,会去调用searchMethods方法循环遍历所有Method,然后根据 方法名和参数类型 找到唯一符合的Method返回。
我们知道类的方法是在JVM的方法区中 ,当我们new 多个对象时,属性会另外开辟堆空间存放,而方法只有一份,不会额外消耗内存,方法就像一套指令模板,谁都可以传入数据交给它执行,然后得到对应执行结果。
method.invoke(obj, args) 时传入目标对象,即可调用对应对象的方法
如果获取到的Method表示一个静态方法,调用静态方法时, 无需指定实例对象 ,所以invoke方法传入的第一个参数永远为null, method.invoke(null, args)
那如果 方法重写了呢, 反射依旧遵循 多态 的原则 。
反射的应用场景
如果平时我们只是写业务代码,很少会接触到直接使用反射机制的场景,毕竟我们可以直接new一个对象,性能比还反射要高。
但如果我们是工具框架的开发者,那一定非常熟悉,像 Spring/Spring Boot、MyBatis 等等框架中都大量使用反射机制, 反射被称为框架的灵魂
比如:
Mybatis Plus可以让我们只写接口,不写实现类,就可以执行SQL开发项目时,切换不同的数据库只需更改配置文件即可类上加上@Component注解,Spring就帮我们创建对象在Spring我们只需 @Value注解就读取到配置文件中的值等等扩展:反射配置文件
我们来模拟一个配置高于编码的例子
新建my.properties,将其放在resources的目录下
#Person类的包路径className=com.zj.demotest.domain.Person methodName=eat
Person类 还是本文 一直用的,在文章的开头有
最后我们来编写一个测试类
public class TestProp { public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException { Properties properties = new Properties(); ClassLoader classLoader = TestProp.class.getClassLoader(); InputStream inputStream = classLoader.getResourceAsStream("my.properties");// 加载配置文件 properties.load(inputStream); String className = properties.getProperty("className"); System.out.println("配置文件中的内容:className="+className); String methodName = properties.getProperty("methodName"); System.out.println("配置文件中的内容:methodName="+methodName); Class name = Class.forName(className); Object object = name.newInstance(); Method method = name.getMethod(methodName); method.invoke(object); }}
结果:
配置文件中的内容:className=com.zj.demotest.domain.Person
配置文件中的内容:methodName=eat
吃饭
紧接着,我们修改配置文件:
className=com.zj.demotest.domain.PersonmethodName=eat
结果变为:
配置文件中的内容:className=com.zj.demotest.domain.Person
配置文件中的内容:methodName=Dance
跳舞
是不是很方便?
尾语
反射机制是一种功能强大的机制,让Java程序具有在 运行期 分析类以及修改其本身状态或行为的能力 。
对于特定的复杂系统编程任务,它是非常必要的,为各种框架提供开箱即用的功能提供了便利,为解耦合提供了保障机制。
但是世事无绝对,反射相当于一系列解释操作,通知 JVM 要做的事情,性能比直接访问对象要差点(JIT优化后,对于框架来说实际是影响不大的),还会增加程序的复杂性等(明明直接new一下就能解决的事情,非要写一大段代码)。
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