Java基础知识之反射机制简介

我就是我 2021-09-09 08:38 374阅读 0赞

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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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0MjczOTE_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0MjczOTE_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0MjczOTE_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0MjczOTE_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

#### 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

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法名</th> 
   <th>作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>getName</td> 
   <td>获取全类名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getSimpleName</td> 
   <td>获取简单类名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getFields</td> 
   <td>获取所有<code>public</code>修饰的属性、包括本类以及父类的</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredFields</td> 
   <td>获取本类中所有的属性</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getMethods</td> 
   <td>获取所有的<code>public</code>修饰的方法，包括本类以及父类的</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredMethod</td> 
   <td>获取本类中所有方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getConstructors</td> 
   <td>获取所有<code>public</code>修饰的构造器，只有本类</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredConstructors</td> 
   <td>获取本类中所有构造器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getPackage</td> 
   <td>以<code>Package</code>形式返回 包信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getSuperClass</td> 
   <td>以<code>Class</code>形式返回父信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getInterfaces</td> 
   <td>以<code>Class[]</code>形式返回父接口信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getAnnotations</td> 
   <td>以<code>Annotation[]</code>形式返回注解信息</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法名</th> 
   <th>作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>getModifiers</td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getType</td> 
   <td>以Class形式返回类型</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getName</td> 
   <td>返回属性名称</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

// 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

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法名</th> 
   <th>作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>getModifiers</td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getName</td> 
   <td>返回方法名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getReturnType</td> 
   <td>以class形式返回类型</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getParmeterTypes</td> 
   <td>以Class[] 返回参数类型数组</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

// 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

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法名</th> 
   <th>作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>getModifiers</td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getName</td> 
   <td>返回方法名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getParmeterTypes</td> 
   <td>以Class[] 返回参数类型数组</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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)

[JVM]: https://blog.csdn.net/u014427391/category_11049274.html
[SpringBoot]: https://blog.csdn.net/u014427391/category_9195353.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0MjczOTE_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20210813/d183a99b2b5f43e59e29363f960f6b17.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0MjczOTE_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20210813/94f8c5c394f045f5b753e523c71e51c8.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0MjczOTE_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20210813/b40aa7bca3154e40a368bccc76bbaf3f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0MjczOTE_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20210813/26dfffa3d46a47418b8b09f58a9860e1.png