Java反射详解

反射机制

反射机制

Reflection（反射）是Java被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期间借助于Reflection API取得任何类的内部消息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象包含了完整的类的结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构，这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，我们形象称之为：反射。

反射可以实现动态创建对象和编译，体现出很大的灵活性。但是对性能有影响。

package com.annotation;
//反射
public class test04 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //通过反射获取类的Class对象
        Class c1 = Class.forName("com.annotation.User");
        System.out.println(c1);

        //一个类在内存中只有一个Class对象
        //一个类被加载后，类的整个结构都会被封装在Class对象中
        Class c2 = Class.forName("com.annotation.User");
        Class c3 = Class.forName("com.annotation.User");
        System.out.println(c2.hashCode());
        System.out.println(c3.hashCode());
    }
}
//实体类  pojo，entity
class User{
    private String name;
    private int id;
    private int age;
    public User(){
    }

    public User(String name, int id, int age) {
        this.name = name;
        this.id = id;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name=\'" + name + \'\\'\' +
                ", id=" + id +
                ", age=" + age +
                \'}\';
    }
}

Class类

对象通过反射得到的信息：某个类的属性，方法和构造器，某个类到底实现了哪些接口；对于每个类而言，JRE都为其保留一个不变的Class类型的对象，一个Class包含了特定某个结构的有关信息。

Class本身也是一个类，Class对象只能由系统建立对象。
一个加载的类在JVM中只有一个Class实列，一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的.class文件。
每个类的实例都会记得自己是哪个Class实例所生成，通过Class对象可以完整地得到一个类中所有被加载的结构。
Class类是Reflecion的根源，针对任何你想动态加载运行的类，唯有先获得相应的Class对象。

package com.annotation;
//Class类的创建方式
public class Test05 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Person person = new Student();
        System.out.println(person.name);
        //通过对象获得
        Class c1 = person.getClass();
        System.out.println(c1.hashCode());
        //forname获得
        Class c2 = Class.forName("com.annotation.Student");
        System.out.println(c2.hashCode());
        //通过类名.class获得
        Class c3 = Student.class;
        System.out.println(c3.hashCode());

        //基本内置类型的包装类都有一个Type属性
        Class c4 = Integer.TYPE;
        System.out.println(c4);

        //获得父类的类型
        Class c5 = c1.getSuperclass();
        System.out.println(c5);
    }
}
class Person{
    String name;
    public Person(){
    }

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name=\'" + name + \'\\'\' +
                \'}\';
    }
}
class Student extends Person{
    public Student(){
        this.name = "学生";
    }
}
class Teacher extends Person{
    public Teacher(){
        this.name = "老师";
    }
}

Class，接口，数组，枚举，注解，基本数据类型，void都有Class类对象。

package com.annotation;

import java.lang.annotation.ElementType;

//所有类型的Class
public class Test06 {
    public static void main(String[] args) {
        Class c1 = Object.class;//类
        Class c2 = Comparable.class;//接口
        Class c3 = String[].class;//一维数组
        Class c4 = int[][].class;//二维数组
        Class c5 = Override.class;//注解
        Class c6 = ElementType.class;//枚举
        Class c7 = Integer.class;//基本数据类型
        Class c8 = void.class;//void
        Class c9 = Class.class;//Class
        System.out.println(c1);
        System.out.println(c2);
        System.out.println(c3);
        System.out.println(c4);
        System.out.println(c5);
        System.out.println(c6);
        System.out.println(c7);
        System.out.println(c8);
        System.out.println(c9);
        
        //同一类型只有一个Class对象
        int[] a = new int[10];
        int[] b = new int[100];
        System.out.println(a.getClass().hashCode());
        System.out.println(b.getClass().hashCode());
    }
}

类的加载过程

当程序主动使用某个类时，如果该类还未加载到内存中，则系统会通过如下三个步骤来对类进行初始化。

类的加载：将类的class文件读入内存，并将这些静态数据转化成方法区运行时的数据结构，然后为之创建一个java.long.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JVM中。
- 验证：确保加载的类的信息符合JVM规范，没有安全方面问题。
- 准备：正式为类变量（staic）分配内存并设置类变量默认初始值，这些内存都将在方法区中分配。
- 解析：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。
类的初始化：JVM负责对类进行初始化。
- 执行类构造器()方法的过程，类构造器()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的）
- 当初始化一个类时，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
- 虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

package com.annotation;
//类的加载
public class Test07 {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println(A.m);
    }
}
class A{

    static {
        System.out.println("A类的静态代码块初始化");
        m = 88;
    }
    static int m = 100;
    
    public A(){
        System.out.println("A类的无参构造初始化");
    }
}

类的初始化

类的主动引用（一定会发生类的初始化）

当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类。、
new一个类的对象。
调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法。
使用java.long.reflect包的方法对类进行反射调用。
当初始化一个类，如果父类没有被初始化，则先会初始化它的父类。

类的被动引用（不会发生类的初始化）

当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化，如：通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化。
通过数组定义类引用，不会触发类的初始化。
引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池了）。

package com.annotation;
//类什么时候会被初始化
public class Test08 {
    static {
        System.out.println("main类被加载");
    }
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //主动引用
        //Son son = new Son();

        //反射会产生主动引用
        //Class.forName("com.annotation.Son");

        //不会产生子类的引用的方法
        //System.out.println(Son.b);

        //数组
        //Son[] array = new Son[8];

        //常量
        System.out.println(Son.M);
    }
}
class Father{
    static int b = 2;
    static {
        System.out.println("父类被加载");
    }
}
class Son extends Father{
    static {
        System.out.println("子类被加载");
    }
    static int a = 88;
    static final int M = 1;
}

类加载器

类加载的作用：将class文件字节码加载到内存中，并将这些静态的数据转化成方法区运行时的数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的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。

JVM定义了如下类型的类加载器：

引导类(根)加载器：用C++编写，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。
拓展类加载器：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包装入工作库，是最常用的加载器。

package com.annotation;

public class Test09 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);
        //获取系统类加载器的父类加载器 扩展类加载器
        ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);
        //获取拓展类加载器额父类 根加载器 无法获取
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);

        //测试当前类是哪个加载器加载的
        ClassLoader classLoader = Class.forName("com.annotation.Test07").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        //测试JDK内置的类是哪个加载器加载的
        ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);

        //如何获得系统类加载器可以加载的路径
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}

获取类运行时结构

通过反射获取运行时类的完整结构：FieId，Method，Constructor，Superclass，Interface，Annotation。

package com.annotation;

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

//获得类的信息
public class Test10 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class c1 = Class.forName("com.annotation.User");
        //User user = new User();
        //Class c1 = user.getClass();

        //获得类的名字
        System.out.println(c1.getName());//获得包名+类名
        System.out.println(c1.getSimpleName());//获得类名

        //获得类的属性
        Field[] fields = c1.getFields();//只能找到public属性

        fields = c1.getDeclaredFields();//可以获得所有的属性
        for (Field field : fields) {
            System.out.println(field);
        }
        Field name = c1.getDeclaredField("name");//获得指定属性的值
        System.out.println(name);

        System.out.println("================================");
        //获得类的方法
        Method[] methods = c1.getMethods();//获得本类及其父类的所有方法
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method);
        }

        System.out.println("================================");
        Method[] declaredMethods = c1.getDeclaredMethods();//获得本类的所有方法（包括私有方法）
        for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
            System.out.println(declaredMethod);
        }

        System.out.println("================================");
        //获得指定方法
        //重载 需要放参数类型
        Method getName = c1.getMethod("getName",null);
        Method setName = c1.getMethod("setName",String.class);
        System.out.println(getName);
        System.out.println(setName);

        System.out.println("================================");
        //获得所有的构造器
        Constructor[] constructors = c1.getConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println(constructor);

        }
        Constructor[] declaredConstructors = c1.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor declaredConstructor : declaredConstructors) {
            System.out.println(declaredConstructor);
        }
        //获得指定构造器
        Constructor constructor = c1.getConstructor(String.class, int.class, int.class);
        System.out.println("指定："+constructor);
    }
}

动态创建对象执行方法

创建类的对象：调用Class对象的newinstapce()方法

类必须有一个无参构造器。
类的构造器的访问权限足够。

没有无参构造器，操作类中的构造器时需要将参数传递进去，才可以实例化操作。

通过Class类的getDeclaredConstructor()取得本类的指定形参类型的构造器。
向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数。
通过Constructor实例化对象。

私有的方法，字段，构造器：调用对象的setAccessible(true)方法才可访问。关闭安全检测的开关。

package com.annotation;

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

//通过反射动态创建对象
public class Test11 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Class c1 = Class.forName("com.annotation.User");

        //构造一个对象
        User user = (User) c1.newInstance();//本质上调用了类的无参构造器
        //System.out.println(user);

        //通过构造器创建对象
        Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
        User user2 = (User) constructor.newInstance("周", 22, 88);
        //System.out.println(user2);

        //通过反射调用普通方法
        User user3 = (User) c1.newInstance();
        //通过反射获得一个方法
        Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
        setName.invoke(user3,"周");//激活（对象，方法的值）
        System.out.println(user3.getName());

        //通过反射操作属性
        User user4 = (User) c1.newInstance();
        Field name = c1.getDeclaredField("name");

        name.setAccessible(true);//关掉权限检测 后才能操作程序的私有属性
        name.set(user4,"周2");
        System.out.println(user4.getName());
    }
}

setAccessible性能分析

setAccessible的作用是启动和禁用安全检测的开关。

package com.annotation;

import java.lang.reflect.Method;

//分析setAccessible的性能
public class Test12 {
    //普通反射调用
    public static void test01(){
        User user = new User();
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
            user.getName();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("普通方法执行需要的时间"+(endTime-startTime)+"ms");
    }
    //通过反射反射调用
    public static void test02() throws Exception {
        User user = new User();
        Class c1 = Class.forName("com.annotation.User");
        Method getName = c1.getMethod("getName", null);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
            getName.invoke(user,null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射方法执行需要的时间"+(endTime-startTime)+"ms");
    }

    //反射方式调用 关闭检测
    public static void test03() throws Exception {
        User user = new User();
        Class c1 = Class.forName("com.annotation.User");
        Method getName = c1.getMethod("getName", null);
        getName.setAccessible(true);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
            getName.invoke(user,null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射关闭检测方法执行需要的时间"+(endTime-startTime)+"ms");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        test01();
        test02();
        test03();
    }
}

获取泛型信息

Java采用泛型擦除的机制来引入泛型，Java中的泛型仅仅是给编译器javac使用的，确保数值的安全性和免去强制类型转化问题，一旦编译完成后，所有与泛型有关的类型全部擦除。

为了通过反射操作这些类型，Java新增了ParameterizedType，GenericArrayType，TypeVariable和WildcardType几种类型来代表不能被归一到Class类中的类型但又和原始类型齐名的类型。

ParameterizedType：表示一种参数化类型，比如Collection。
GenericArrayType：表示一种类型是参数化类型或者类型变量的数组类型。
TypeVariable：是各种类型变量的公共父接口。
WildcardType：代表一种通配符类型表达式。

package com.annotation;

import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.List;
import java.util.Map;

//通过反射获取泛型
public class Test13 {
    public void test01(Map<String,User> map, List<User> list){
        System.out.println("tset01");
    }
    public Map<String,User> test02(){
        System.out.println("test02");
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Method method = Test13.class.getMethod("test01", Map.class, List.class);
        Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
        for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
            System.out.println(genericParameterType);
            if (genericParameterType instanceof ParameterizedType){
                //强转参数化类型后获取真实类型
                Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    System.out.println(actualTypeArgument);
                }
            }
        }
        Method method2 = Test13.class.getMethod("test02", null);
        Type genericReturnType = method2.getGenericReturnType();
        if (genericReturnType instanceof ParameterizedType){
            //强转参数化类型后获取真实类型
            Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

获取注解信息

package com.annotation;

import com.sun.deploy.security.ValidationState;

import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.Field;

//练习反射操作注解
public class Test14 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class c1 = Class.forName("com.annotation.Student2");

        //通过反射获得注解
        Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println(annotation);
        }
        //获得注解的value的值
        Tablezhou tablezhou = (Tablezhou)c1.getAnnotation(Tablezhou.class);
        String value = tablezhou.value();
        System.out.println(value);

        //获得类指定的注解
        Field f = c1.getDeclaredField("name");
        Fieldzhou annotation = f.getAnnotation(Fieldzhou.class);
        System.out.println(annotation.columnName());
        System.out.println(annotation.type());
        System.out.println(annotation.length());
    }
}
@Tablezhou("db_student")
class Student2{
    @Fieldzhou(columnName = "db_id",type = "int",length = 10)
    private int id;
    @Fieldzhou(columnName = "db_age",type = "int",length = 10)
    private int age;
    @Fieldzhou(columnName = "db_name",type = "varchar",length = 6)
    private String name;

    public Student2(){
    }

    public Student2(int id, int age, String name) {
        this.id = id;
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name){
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student2{" +
                "id=" + id +
                ", age=" + age +
                ", name=\'" + name + \'\\'\' +
                \'}\';
    }
}

//类名的注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Tablezhou{
    String value();
}

//属性的注解
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Fieldzhou{
    String columnName();
    String type();
    int length();
}

本文链接：https://www.cnblogs.com/zhou-zr/p/14017826.html