Java基础知识之反射机制简介

x33g5p2x  于2021-08-12 转载在 Java  
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1、什么是Java反射机制?

在程序运行中动态地获取类的相关属性,同时调用对象的方法和获取属性,这种机制被称之为Java反射机制

下面给出一个反射的简单例子:

import lombok.Data;

@Data
public class User { 

    public String username;
    private String password;

    @Override
    public String toString() { 
        return "User{" +
                "username='" + username + '\'' +
                ", password='" + password + '\'' +
                '}';
    }
}
public static void reflectionSimpleExample() throws Exception{ 
    User user = new User();
    System.out.println(user.toString());
	// 获取对应类的class
    Class<?> cls = Class.forName("com.example.core.example.reflection.domain.User");
    Object obj = cls.newInstance();
    System.out.println(obj);
	// 获取成员变量,注意要是public的
    Field field = cls.getField("username");
    System.out.println(field.get(obj));

}

2、反射机制原理

Java反射是Java实现动态语言的关键,也就是通过反射实现类动态加载

  • 静态加载: 在编译时加载相关的类,如果找不到类就会报错,依赖性比较强
  • 动态加载:在运行时加载需要的类,在项目跑起来之后,调用才会报错,降低了依赖性

例子:静态加载,如下代码,如果找不到类的情况,代码编译都不通过

User user = new User();

而动态加载,就是反射的情况,是可以先编译通过的,然后在调用代码时候,也就是运行时才会报错

Class<?> cls = Class.forName("com.example.core.example.reflection.User");
Object obj = cls.newInstance();

Exception in thread “main” java.lang.ClassNotFoundException: com.example.core.example.reflection.User

java中的反射允许程序在执行期借助jdk中Reflection API来获取类的内部信息,比如成员变量、成员方法、构造方法等等,并能操作类的属性和方法

java中反射的实现和jvm和类加载机制有一定的关系,加载好类之后,在jvm的堆中会产生一个class类型的对象,这个class类包括了类的完整结构信息,通过这个class对象就可以获取到类的结构信息,所以形象地称之为java反射

在这里插入图片描述

3、Class类介绍

3.1、Class类基本介绍

然后这个Class类是什么?看下uml类图:
在这里插入图片描述
Class也是类,因此也继承Object类

Class不是直接new出来的,而是经过系统创建的

User user = new User();

打个断点,debug进行看看源码,可以看到传统的直接new一个对象也是通过类加载器loadClass拿到的
在这里插入图片描述
java反射方式,通用通过调试看看:

Class<?> cls = Class.forName("com.example.core.example.reflection.domain.User");

同样本质也是通过ClassLoad再通过类的全类名
在这里插入图片描述

3.2、Class类对象的获取方法

  • Class.forname()
Class<?> cls = Class.forName("com.example.core.example.reflection.domain.User");

应用场景:多用于读取类全路径,加载类

  • 具体类.class
    已经知道具体类的情况,通过具体类的class属性获取
Class u = User.class;

应用场景:多用于用于参数传递

  • 对象.getClass
    已经创建好对象的情况,直接通过对象实例获取class对象
Class cls = user.getClass();

应用场景:通过创建好的对象,获取Class对象

  • ClassLoader获取
ClassLoader cl = user.getClass().getClassLoader();
Class cls = cl.loadClass("com.example.core.example.reflection.domain.User");
  • 基本数据类型
Class cls = int.class;
  • 包装类
    基本数据类型对应的包装类可以通过.TYPE得到Class类对象
Class cls = Integer.TYPE;

3.3 、可以获取Class对象的类型

  • 1、外部类,成员内部类,静态内部类,局部内部类,匿名内部类
  • 2、interface:接口
  • 3、数组
  • 4、enum:枚举
  • 5、annotation:注解
  • 6、基本数据类型
  • 7、void
  • 8、Class
  • … ,等等
import com.example.core.example.reflection.domain.User;
import lombok.ToString;

import java.util.List;

public class GetClassObjectExample { 

    public static void main(String[] args) { 
        // 外部类
        Class<User> cls1 = User.class;
        // 接口
        Class<List> cls2 = List.class;
        // 数组
        Class<Integer[]> cls3 = Integer[].class;
        // 二维数组
        Class<String[][]> cls4 = String[][].class;
        // 注解
        Class<lombok.ToString> cls5 = ToString.class;

        // 枚举
        Class<Thread.State> cls6 = Thread.State.class;
        // 基本数据类型
        Class<Long> cls7 = Long.class;
        // void 数据类型
        Class<Void> cls8 = Void.class;
        // Class
        Class<Class> cls9 = Class.class;

        System.out.println(cls1);
        System.out.println(cls2);
        System.out.println(cls3);
        System.out.println(cls4);
        System.out.println(cls5);
        System.out.println(cls6);
        System.out.println(cls7);
        System.out.println(cls8);
        System.out.println(cls9);
    }
}

4、java反射的作用?

  • 可以通过外部类的全路径名创建对象,并使用这些类
  • 可以枚举出类的全部成员,包括构造函数、属性、方法
  • 利用反射 API 访问类的私有成员

5、反射API主要类

  • 1、java.lang.Class:代表一个类,表示某个类在jvm堆中的对象
  • 2、 java.lang.reflect.Method:代表类的方法
  • 3、 java.lang.reflect.Field:代表类的成员变量
  • 4、 java.lang.reflect.Constructor:代表类额构造方法

6、Java反射的优缺点

  • 优点:使用Java反射可以灵活动态地创建和使用对象,反射是框架的底层支撑
  • 缺点:使用Java反射,基本就是解释执行的,对执行速度是有影响的

7、反射调用的优化方法

前面介绍了Java反射虽然很灵活,但是缺点就是调用时候比较慢,相对直接new对象来说,情况是怎么样的?下面通过例子进行试验:

import com.example.core.example.reflection.domain.User;

import java.lang.reflect.Method;

public class TestReflectionExample { 

    private static final Integer TOTAL_COUNT = 1000000;

    public static void main(String[] args) throws Exception{ 
        test0();
        test1();
        test2();
    }

    public static void test0() { 
        long start = System.currentTimeMillis();
        User user = new User();
        for (int i = 0 ; i < TOTAL_COUNT; i++) { 
            user.hello();
        }
        System.out.println(String.format("传统调用方法执行时间:%d" , System.currentTimeMillis() - start));
    }

    public static void test1() throws Exception{ 
        long start = System.currentTimeMillis();
        Class<?> cls = Class.forName("com.example.core.example.reflection.domain.User");
        Object obj = cls.newInstance();
        Method hello = cls.getMethod("hello");
        for (int i = 0 ; i < TOTAL_COUNT; i++) { 
            hello.invoke(obj);
        }
        System.out.println(String.format("反射方法调用执行时间:%d" , System.currentTimeMillis() - start));
    }

    public static void test2() throws Exception{ 
        long start = System.currentTimeMillis();
        Class<?> cls = Class.forName("com.example.core.example.reflection.domain.User");
        Object obj = cls.newInstance();
        Method hello = cls.getMethod("hello");
        // 关键,取消调用反射方法时的安全检查
        hello.setAccessible(true);
        for (int i = 0 ; i < TOTAL_COUNT; i++) { 
            hello.invoke(obj);
        }
        System.out.println(String.format("优化后的反射方法调用执行时间:%d" , System.currentTimeMillis() - start));
    }
}

传统调用方法执行时间:19
反射方法调用执行时间:112
优化后的反射方法调用执行时间:50

8、反射的基本使用例子

  • java.lang.Class类
    方法名 作用 getName 获取全类名 getSimpleName 获取简单类名 getFields 获取所有public修饰的属性、包括本类以及父类的 getDeclaredFields 获取本类中所有的属性 getMethods 获取所有的public修饰的方法,包括本类以及父类的 getDeclaredMethod 获取本类中所有方法 getConstructors 获取所有public修饰的构造器,只有本类 getDeclaredConstructors 获取本类中所有构造器 getPackage 以Package形式返回 包信息 getSuperClass 以Class形式返回父信息 getInterfaces 以Class[]形式返回父接口信息 getAnnotations 以Annotation[]形式返回注解信息
String allClassName = "com.example.core.example.reflection.domain.User";
// 通过全类名获取class对象
Class<?> cls = Class.forName(allClassName);
System.out.println(cls);
// 通过对象获取class
System.out.println(cls.getClass());
// 获取全类名
System.out.println(cls.getName());
// 获取包名
System.out.println(cls.getClass().getPackage().getName());
// 获取对象实例
Object obj = cls.newInstance();
System.out.println(obj);
  • java.lang.reflect.Field类
    方法名 作用 getModifiers 以int形式返回修饰符,默认修饰符是0,public是1,private是2,protected是4,static是8,final是16 getType 以Class形式返回类型 getName 返回属性名称
// 获取类属性
Field field = cls.getField("username");
field.set(obj , "admin");
System.out.println(field.get(obj));
// 获取所有类属性,private的成员变量没有权限访问
Field[] fields = cls.getFields();
for (Field field1 : fields) { 
    System.out.println(field1.get(obj));
}
// 获取所有类属性包括private成员变量
Field[] allFields = cls.getDeclaredFields();
for (Field afield : allFields) { 
    // 开放权限,私有的成员变量也能打印出来
    afield.setAccessible(true);
    System.out.println(afield.get(obj));
}
  • java.lang.reflect.Method类
    方法名 作用 getModifiers 以int形式返回修饰符,默认修饰符是0,public是1,private是2,protected是4,static是8,final是16 getName 返回方法名 getReturnType 以class形式返回类型 getParmeterTypes 以Class[] 返回参数类型数组
// 获取class方法,同样默认情况不能获取private的方法
Method method = cls.getMethod("hello");
System.out.println(method.invoke(obj));
  • java.lang.reflect.Constructor类
    方法名 作用 getModifiers 以int形式返回修饰符,默认修饰符是0,public是1,private是2,protected是4,static是8,final是16 getName 返回方法名 getParmeterTypes 以Class[] 返回参数类型数组
Class<?> cls = Class.forName("com.example.core.example.reflection.domain.User");
Constructor<?> con = cls.getDeclaredConstructor();
con.setAccessible(true);
Object obj = con.newInstance();
System.out.println(obj);

9、反射开放权限操作

在我们使用Java反射获取class的private成员变量或者方法时,这种情况是不允许获取的,不过可以通过开放权限的方式来处理,通过设置setAccessible(true);即可

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

/** * <pre> * 开放java反射权限,允许调用类的private属性或者方法 * </pre> * <p> * <pre> * @author mazq * 修改记录 * 修改后版本: 修改人: 修改日期: 2021/08/09 19:10 修改内容: * </pre> */
public class AccessibleReflectionExample { 

    public static void main(String[] args) throws Exception{ 

        test();
    }

    public static void test() throws Exception{ 
        // 创建class实例对象
        Class<?> cls = Class.forName("com.example.core.example.reflection.domain.User");
        Constructor<?> con = cls.getDeclaredConstructor();
        con.setAccessible(true);
        Object obj = con.newInstance();

        // 获取私有成员变量
        Field pwd = cls.getDeclaredField("password");
        // 开放私有变量的访问权限
        pwd.setAccessible(true);
        pwd.set(obj , "123456");

        // 私有方法调用
        Method method = cls.getDeclaredMethod("priToString");
        method.setAccessible(true);
        System.out.println(method.invoke(obj));
    }
}
Exception in thread “main” java.lang.IllegalAccessException: Class com.example.core.example.reflection.AccessibleReflectionExample can not access a member of class com.example.core.example.reflection.domain.User with modifiers “private”
at sun.reflect.Reflection.ensureMemberAccess(Reflection.java:102)

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