Java反射01

1.反射(reflection)機制

1.1反射機制問題

一個需求引出反射

請看下面問題：

根據組態檔 re.properties 指定資訊，創建Cat物件并呼叫方法hi

classfullpath=li.reflection.Cat
method=hi

使用現有的技術，你能做的到嗎？

這樣的需求在學習框架時特別多，即通過外部檔案配置，在不修改原始碼的情況下來控制程式，也符合設計模式的ocp原則（開閉原則）

開閉原則：不修改原始碼，擴展功能

例子：

re.properties:

classfullpath=li.reflection.Cat
method=cry

Cat:

package li.reflection;

public class Cat {
    private String name = "招財貓";

    public void hi() {
        System.out.println("hi " + name);
    }

    public void cry() {
        System.out.println(name + " cry");
    }
}

ReflectionQuestion:

package li.reflection;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;

public class ReflectionQuestion {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {

        //根據組態檔 re.properties 指定資訊，創建Cat物件 并呼叫方法hi

        //1.傳統方法 new 物件 -->呼叫方法
        //Cat cat = new Cat();
        //cat.hi();

        //2.嘗試使用讀取檔案的方法
        //2.1使用properties類，可以讀寫組態檔
        Properties properties = new Properties();
        properties.load(new FileInputStream("src\\re.properties"));
        String classfullpatch = properties.get("classfullpath").toString();
        String methodName = properties.get("method").toString();
        System.out.println("classfullpath" + classfullpatch);
        System.out.println("method" + methodName);
        //2.2創建物件
        //使用傳統的方法行不通

        //3.使用反射機制解決
        //3.1加載類,回傳一個Class型別的物件cls（這里的Class就是一個類，他的類名就叫Class）
        Class cls = Class.forName(classfullpatch);

        //3.2通過cls得到加載的類 li.reflection.Cat 的一個物件實體
        Object o = cls.newInstance();
        System.out.println("o的運行型別=" + o.getClass());//o的運行型別

        //3.3通過 cls 得你加載的類 li.reflection.Cat 的methodName"hi" 的方法物件
        //   即：在反射機制中，可以把方法視為一個物件（萬物皆物件）
        Method method1 = cls.getMethod(methodName);
        //3.4通過 method1 呼叫方法：即通過方法物件來實作呼叫方法
        System.out.println("========");
        method1.invoke(o);//傳統方法： 物件.方法() , 反射機制：方法.invoke(物件)

        //意義在與反射機制可以通過不求該原始碼就完成功能的拓展
        /**
         * 例如，在Cat類中有兩個方法，hi()和cry()，現在要求將呼叫用的hi方法改為呼叫cry方法，
         * 這時候只需要在組態檔re.properties中修改參考的方法名即可
         * 不需像想傳統方法一樣，需要在原始碼中修改
         */
    }
}

1.2反射機制

1.2.1Java Reflection

反射機制允許程式在執行期間借助于Reflection API取得任何類的內部資訊（比如成員變數，構造器，成員方法等等，包括private權限的屬性和方法），并能夠操作物件的屬性以及方法，

反射在設計模式和框架底層都會用到
加載完類之后，在堆中就產生了一個Class型別的物件（一個類只有一個Class物件），這個物件包含了類的完整結構資訊，通過這個物件得到類的結構，這個Class物件就像一面鏡子，透過這個鏡子看到了的結構，所以形象地稱之為：反射

例如：一個Person型別的實體物件叫 p

則 p 物件 - -> 型別 Person類

Class 物件 cls --> 型別 Class 類（這個類的名字就叫Class）

1.2.2Java反射機制原理圖

Java反射機制可以完成
1. 在運行時判斷任意一個物件所屬的類
2. 在運行時構造任意一個類的物件
3. 在運行時得到任意一個類所具有的成員變數和方法
4. 在運行時呼叫任意一個物件的成員變數和方法
5. 在運行時獲取泛型資訊
6. 在運行時處理注解
7. 生成動態代理

1.2.3反射相關類

反射相關的主要類:

java.lang.Class：代表一個類，Class的物件表示某個類加載過后在堆中的物件
java.lang.reflect.Method：表示類的方法（Method物件表示某個類的方法）
java.lang.reflect.Field：表示類的成員變數（Field物件表示某個類的成員變數）
java.lang.reflect.Constructor：表示類的構造方法（Constructor物件表示某個類的構造器）

? 這些類在 java.lang.reflect

例子：

Cat：

package li.reflection;

public class Cat {
    private String name = "招財貓";
    public int age = 10;

    public Cat() {
    }//無參構造器

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

    public void hi() {
        System.out.println("hi " + name);
    }

    public void cry() {
        System.out.println(name + " cry");
    }
}

re.properties:

classfullpath=li.reflection.Cat
method=hi

Reflection01：

package li.reflection;

import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;

public class Reflection01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //使用properties類，讀寫組態檔
        Properties properties = new Properties();
        properties.load(new FileInputStream("src\\re.properties"));
        String classfullpatch = properties.get("classfullpath").toString();
        String methodName = properties.get("method").toString();
        System.out.println("classfullpath" + classfullpatch);
        System.out.println("method" + methodName);

        //反射機制
        //1.加載類,回傳一個Class型別的物件cls（這里的Class就是一個類，他的類名就叫Class）
        Class cls = Class.forName(classfullpatch);

        //通過cls得到加載的類 li.reflection.Cat 的一個物件實體
        Object o = cls.newInstance();
        System.out.println("o的運行型別=" + o.getClass());//o的運行型別

        //2.通過 cls得到加載的類 li.reflection.Cat 的methodName"hi" 的方法物件
        //   即：在反射機制中，可以把方法視為一個物件（萬物皆物件）
        Method method1 = cls.getMethod(methodName);
        //通過 method1 呼叫方法：即通過方法物件來實作呼叫方法
        System.out.println("========");
        method1.invoke(o);//傳統方法： 物件.方法() , 反射機制：方法.invoke(物件)

        //3.java.lang.reflect.Field：表示類的成員變數（Field物件表示某個類的成員變數）
        //得到name欄位
        //getField不能得到私有的屬性
        Field nameField = cls.getField("age");
        System.out.println(nameField.get(o));//傳統方法：物件.成員變數 ， 反射：成員變數的物件.get(物件)
        
        //4.java.lang.reflect.Constructor：表示類的構造方法（Constructor物件表示某個類的構造器）
        Constructor constructor1 = cls.getConstructor();//()中可以指定構造器的型別，這里回傳無參構造器
        System.out.println(constructor1);//Cat()

        Constructor constructor2 = cls.getConstructor(String.class);//這里傳入的String.class 就是String類的Class物件
        System.out.println(constructor2);//Cat(String name)
    }
}

1.2.4反射優點和缺點

優點：可以動態地創建和使用物件（也是底層框架的核心），使用靈活，沒有反射機制，框架技術就失去底層支撐，
缺點：使用反射機制基本是解釋執行，對執行速度有影響

呼叫反射優化-關閉訪問檢查

Method和Field、Constructor物件都有setAccessible()方法
setAccessible作用是啟動和禁用服務安全檢查的開關
引數值為true表示反射的物件在使用時取消訪問檢查，提高反射效率，引數值為false則表示反射的物件執行訪問檢查

例子：測驗反射呼叫的性能和優化方案

package li.reflection;

import java.lang.reflect.Method;

//測驗反射呼叫的性能 和 優化方案
public class Reflection02 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        m1();
        m2();
        m3();
    }

    //傳統方法，呼叫hi
    public static void m1() {
        Cat cat = new Cat();
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 900000000; i++) {
            cat.hi();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("m1() 耗時=" + (end - start));
    }

    //反射機制呼叫hi
    public static void m2() throws Exception {
        //拿到Cat類的Class物件
        Class cls = Class.forName("li.reflection.Cat");//這里為了方便，就不讀檔案了
        //構造Cat類的物件
        Object o = cls.newInstance();
        //得到Cat類的成員方法
        Method hi = cls.getMethod("hi");

        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 900000000; i++) {
            hi.invoke(o);//反射機制呼叫方法
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("m2() 耗時=" + (end - start));
    }

    //反射呼叫優化
    public static void m3() throws Exception {
        //拿到Cat類的Class物件
        Class cls = Class.forName("li.reflection.Cat");//這里為了方便，就不讀檔案了
        //構造Cat類的物件
        Object o = cls.newInstance();
        //得到Cat類的成員方法
        Method hi = cls.getMethod("hi");
        hi.setAccessible(true);//在反射呼叫方法時，取消訪問檢查

        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 900000000; i++) {
            hi.invoke(o);//反射機制呼叫方法
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("m3()反射呼叫優化耗時=" + (end - start));
    }
}

2.Class類

2.1基本介紹

Class類也是類，因此也繼承Object類
Class類物件不是new出來的，而是系統創建的
對于某個類的Class類物件，在記憶體中只有一份，因為類只加載一次
每個類的實體都會記得自己是由哪個Class實體所生成
通過Class物件可以得到一個類的完整結構（通過一系列API）
Class物件是存放在堆的
類的位元組碼二進制資料，是放在方法區的，有的地方稱為類的元資料（包括方法代碼，變數名，方法名，訪問權限等）

當我們加載完類之后，除了會在堆里生成一個Class類物件，還會在方法區生成一個類的位元組碼二進制資料（元資料）

例子：

package li.reflection.class_;

import li.reflection.Cat;

//對Class類的特點的梳理
public class Class01 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        //1.Class類物件不是new出來的，而是系統創建的
        //1.1.傳統的 new物件
        /**通過ClassLoader類中的loadClass方法：
         *  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
         *         return loadClass(name, false);
         *  }
         */
         //Cat cat = new Cat();

        //1.2反射的方式
        /**在這里debug，需要先將上面的Cat cat = new Cat();注釋掉，因為同一個類只加載一次，否則看不到loadClass方法
         * （這里也驗證了：3.對于某個類的Class類物件，在記憶體中只有一份，因為類只加載一次）
         * 仍然是通過 ClassLoader類的loadClass方法加載 Cat類的 Class物件
         *  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
         *         return loadClass(name, false);
         *     }
         */
        Class cls1 = Class.forName("li.reflection.Cat");

        //2.對于某個類的Class類物件，在記憶體中只有一份，因為類只加載一次
        Class cls2 = Class.forName("li.reflection.Cat");
        //這里輸出的hashCode是相同的，說明cls1和cls2是同一個Class類物件
        System.out.println(cls1.hashCode());//1554874502
        System.out.println(cls2.hashCode());//1554874502     
    }
}

Class類物件不是new出來的，而是系統創建的：

在Cat cat = new Cat();處打上斷點，點擊force step into，可以看到

注釋Cat cat = new Cat();，在Class cls1 = Class.forName("li.reflection.Cat");處打上斷點，可以看到仍然是通過 ClassLoader類加載 Cat類的 Class對

2.2Class類常用方法

public static Class<?> forName(String className)//傳入完整的“包.類”名稱實體化Class物件
public Constructor[] getContructors() //得到一個類的全部的構造方法
public Field[] getDeclaredFields()//得到本類中單獨定義的全部屬性
public Field[] getFields()//得到本類繼承而來的全部屬性
public Method[] getMethods()//得到一個類的全部方法
public Method getMethod(String name,Class..parameterType)//回傳一個Method物件，并設定一個方法中的所有引數型別
public Class[] getInterfaces() //得到一個類中鎖實作的全部介面
public String getName() //得到一個類完整的“包.類”名稱
public Package getPackage() //得到一個類的包
    
public Class getSuperclass() //得到一個類的父類
public Object newInstance() //根據Class定義的類實體化物件
public Class<?> getComponentType() //回傳表示陣列型別的Class
public boolean isArray() //判斷此class是否是一個陣列

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