Java反射机制和代理模式的应用

比眉伴天荒 2022-06-10 10:36 168阅读 0赞

## Java反射机制 ##

引入反射机制，先从.class对象说起，先看一个简单的实例化操作

@Test
        public void test3() {
            Student s = new Student();
            Class<Student> clazz = (Class<Student>) s.getClass();
            System.out.println(clazz);
        }

其中 s是运行时类对象，clazz是运行时类

### 运行时类 ###

> 当我们编译一个Java源程序是，创建一个类，通过编译（javac），生成.class文件，之后使用java.exe给每个类加载.class文件，当new多个实例（运行时类对象）时候，都指向缓存区的.class(每一个运行时类只加载一次)把.class文件加载到内存，就是一个运行时类，它在缓存区只存一份。

在Object类中具有一个public final Class getClass()方法，该方法为所有类所拥有。凭借它可以获得一个类的**.class**对象。

### 作用 ###

> Java反射机制作为动态语言的关键，反射机制通过**.class**文件，借助于Reflection API取得任何类的内部信息，通过它可以直接操作任意对象的内部属性及方法。

1.  传统创建对象的方式是，**Student s = new Student();**  
    而通过class实例，也可以创建运行时实例的对象。  
    比如：

Class<Student> clazz = Student.class;
    
    // 创建Clazz对应的运行时类Student对象(注意student要有权限足够的无参构造器，否则要明确调用对应有参构造方法并且传递参数)
    Student s = clazz.newInstance();

1.  通过class实例，获取完整类结构、属性、方法、构造器、包、父类、接口、内部类等一系列成员。  
    常用方法：
    
     *  **clazz.getMethods();**返回类中权限为public方法
     *  **clazz.getDeclaredMethods();**返回类中所有方法
2.  通过1创建 实例之后，调用相应方法。

#### 示例代码： ####

##### 新建Human类 #####

package com.dd.code.reflect;
    
    public class Human<T> {
        public double height;
        private String DNA = "defalut";
        public void addHeight() {
            System.out.println("长高了");
        }
    }

##### Student类继承自Human #####

package com.dd.code.reflect;
    
    public class Student extends Human<String>{
        private int age;
        public String name;
        public int getAge() {
            return age;
        }
        public void setAge(int age) {
            this.age = age;
        }
        public String getName() {
            return name;
        }
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    
    
    
        public Student() {
            super();
        }
        public Student(int age, String name) {
            super();
            this.age = age;
            this.name = name;
        }
    
        public void show() {
            System.out.println("我是个学生");        
        }
    
        public void display(String language) {
            System.out.println("我讲"+language);
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "Student [age=" + age + ", name=" + name + "]";
        }
    
    
    
    }

##### 创建TestReflection.java,测试常用方法 #####

@Test
        public void test3() {
            Student s = new Student();
            // s是运行时类对象，clazz是运行时类
            Class<Student> clazz = (Class<Student>) s.getClass();
            System.out.println(clazz);//class com.dd.code.reflect.Student
    
        }

##### 通过反射获取class实例的4种方法： #####

@Test
        public void test4() throws ClassNotFoundException {
            //1. 调用运行时类本身的.class属性
            Class clazz1 = Student.class;
            System.out.println("通过运行时类获取class实例" + clazz1.getName());
    
            //2. 运行时对象获取
            Student s = new Student();
            Class<Student> clazz2 = (Class<Student>) s.getClass();
            System.out.println("通过运行时对象获取class实例" + clazz2.getName());
    
            //3. Class的静态方法获取(源码实际调用4.的类加载器加载)  
            String className = "com.dd.code.reflect.Student";
            Class class4 = Class.forName(className);
            //造对象 class4.newInstance()      
            System.out.println("通过Class静态方法forName获取class实例：" + class4.getName());
    
            //4.通过类加载器
            ClassLoader classLoader = this.getClass().getClassLoader();
            Class clazz5 = classLoader.loadClass(className);
    
            //验证只存在一个class实例
            System.out.println(clazz1==class4);//true
            System.out.println(clazz1==clazz5);//true
    
        }

其中第3种其实是调用了第4种，如果知道类的全类名，通过它创建**class**实例，则要通过**Class**类的静态方法forName()获取，并且抛出**ClassNotFoundException**

--------------------

获得class对象之后，接下来看看如何通过它创建类的实例：

### **class对象**创建类的实例 ###

Class<Student> clazz = Student.class;
    
    // 创建Clazz对应的运行时类Student对象(注意student要有权限足够的无参构造器，否则要明确调用对应有参构造方法并且传递参数)
    Student s = clazz.newInstance();
    System.out.println(s);//Student [age=0, name=null]

通过调用Class对象的newInstance()方法要注意：

1.  Student类必须有一个无参数的构造器
2.  类的构造器需要足够的访问权限  
    查看**java.lang.Class.newInstance()**源码

@CallerSensitive
        public T newInstance()
            throws InstantiationException, IllegalAccessException
        {
            if (System.getSecurityManager() != null) {
                checkMemberAccess(Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), false);
            }
    
            // NOTE: the following code may not be strictly correct under
            // the current Java memory model.
    
            // Constructor lookup
            if (cachedConstructor == null) {
                if (this == Class.class) {
                    throw new IllegalAccessException(
                        "Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class"
                    );
                }
                try {
                    Class<?>[] empty = {};
                    final Constructor<T> c = getConstructor0(empty, Member.DECLARED);
                    // Disable accessibility checks on the constructor
                    // since we have to do the security check here anyway
                    // (the stack depth is wrong for the Constructor's
                    // security check to work)
                    java.security.AccessController.doPrivileged(
                        new java.security.PrivilegedAction<Void>() {
                            public Void run() {
                                    c.setAccessible(true);
                                    return null;
                                }
                            });
                    cachedConstructor = c;
                } catch (NoSuchMethodException e) {
                    throw (InstantiationException)
                        new InstantiationException(getName()).initCause(e);
                }
            }
            ...
        }

其中的**newInstance()**方法对调用类的构造方法进行检测，如果不存在无参构造器，则会抛出**Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class**异常。

##### getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)构造获取实例化对象 #####

那如果Student不存在无参构造器，那么可以用public Constructor\[\] getConstructors()返回有参构造方法

//调用有参构造方法
    Constructor<Student> con = clazz.getConstructor(int.class,String.class);
    Student s2 = (Student) con.newInstance(24,"pixelpig");
    System.out.println(s2);//Student [age=24, name=pixelpig]

#### 调用类内部成员方法： ####

**Object invoke(Object obj, Object … args)**  
相关：  
1. Object 对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null  
2. 若原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null  
3. 若原方法形参列表为空，则Object\[\] args为null  
4. 若原方法声明为private,则需要在调用此invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，将可访问private的方法。

示例：

// 反射调用方法
    Student s = clazz.newInstance();
    Method m1 = clazz.getMethod("show");
    // 调用无参数方法
    m1.invoke(s);
    //调用toString
    Method ts = clazz.getMethod("toString");
    Object returnVal = ts.invoke(s);
    System.out.println(returnVal);

#### 获取内部成员 ####

@Test
    public void getFromClazz(){
        Class clazz = Student.class;
        //getFields只能获取到运行时类中声明和父类为public的属性
        System.out.println("获取类内属性,包括继承父类的public成员==================");
        Field[] fields = clazz.getFields();
        for (int i = 0; i < fields.length; i++) { 
            System.out.println(fields[i]);
            //public java.lang.String com.dd.code.reflect.Student.name
            //public double com.dd.code.reflect.Human.height
        }
        //获取本身已经声明的属性，包括私有（如果要操作，要设置setAccessible为true）
        System.out.println("获取已声明的属性==================");
        Field[] fields2 = clazz.getDeclaredFields();
        for (int i = 0; i < fields2.length; i++) { 
            //权限名
            System.out.print(Modifier.toString(fields2[i].getModifiers())+":");
            //属性名
            System.out.println(fields2[i].getName());
            //private:age
            //public:name
        }
    }

以上是关于反射的几个常用方法，接下来引入**动态代理**

--------------------

## 动态代理 ##

首先引入代理模式：

> In proxy pattern, a class represents functionality of another class,proxy is another Structural design pattern which works ‘on behalf of’ or ‘in place of’ another object in order to access the later.  
> 简单理解为：在代理模式中，此类代表其他功能类的，借助调用者实现被代理对象（实际执行的实现类）的操作。

***Talk is cheap,show the code.***

### 静态代理的Demo ###

先看一个静态代理的例子：

package com.dd.code.Proxy;
    
    /* * 静态代理模式 */
    
    //接口
    interface CellPhoneFactory { 
        void productPhone();
    }
    
    interface FoodFactory { 
        void productFood();
    }
    
    // 被代理类，实际操作类
    class GoogleFactory implements CellPhoneFactory { 
    
        @Override
        public void productPhone() {
            System.out.println("Google工厂生产pixel");
        }
    
    }
    
    class KFCFactory implements FoodFactory { 
    
        @Override
        public void productFood() {
            System.out.println("肯德基炸鸡翅。。。");
        }
    
    }
    
    // 代理类
    class ProxyFactory implements CellPhoneFactory, FoodFactory { 
        CellPhoneFactory cf;
        FoodFactory ff;
    
        // 传入实际代理对象
        public ProxyFactory(CellPhoneFactory cf) {
            this.cf = cf;
        }
    
        public ProxyFactory(FoodFactory ff) {
            this.ff = ff;
        }
    
        @Override
        public void productPhone() {
            System.out.println("代理类收到请求，内部开始生产手机");
            // 代理对象调用的是传入被代理对象的方法
            cf.productPhone();
        }
    
        @Override
        public void productFood() {
            System.out.println("代理类收到请求，内部开始生产食品");
            ff.productFood();
        }
    
    }
    
    public class StaticProxy { 
        public static void main(String[] args) {
            GoogleFactory googleFactory = new GoogleFactory();
            ProxyFactory phoneproxy = new ProxyFactory(googleFactory);
            phoneproxy.productPhone();
    
            KFCFactory kfcFactory = new KFCFactory();
            ProxyFactory foodproxy = new ProxyFactory(kfcFactory);
            foodproxy.productFood();
        }
    
    
    }

在上例中，

1.  代理类**PeoxyFactory**都实现了手机工厂和食品工厂
2.  代理类的构造方法分别方法传入了**工厂类型**。
3.  代理类所代理的操作生产手机，生成食品，其实内部都间接调用了传入的**工厂类型**的成员方法
4.  创建代理对象实例的时候，我们传入的不是**手机工厂和食品工厂**，而是手机工厂和食品工厂的**实现类**—-谷歌生产家，和肯德基生产家
5.  相当于调用代理对象的生产操作(**Action**），其实调用的是传入接口实现类的**Action**  
    所以输出结果如下：

代理类收到请求，内部开始生产手机
    Google工厂生产pixel
    代理类收到请求，内部开始生产食品
    肯德基炸鸡翅。。。

以上是静态代理的简单示例，但是它的代码相对冗余，想象一下如果生产多种类型的产品，就要让代理类实现多种不同工厂的接口，能不能**通过反射，只传入被代理对象给代理对象，直接返回一个工厂接口**，并通过该工厂接口调用**Action**，以上说法有点抽象，

### 动态代理： ###

其实就是说，能否让

class ProxyFactory implements CellPhoneFactory, FoodFactory

的**implements CellPhoneFactory, FoodFactory**去掉，  
相当于**不在编译的时候确定代理类，而在真正运行加载的时候，根据被代理类及其实现的接口，动态创建代理类。**  
代理的特征：通过传入实现类给代理类，然后直接调用代理类的抽象方法，执行被代理类的实际方法（Action）

#### 实现动态代理： ####

1.  创建接口和实现类，实现类作为被代理类
    
        interface Subject{ 
            void action();
        }
        
        //被代理类
        class RealSubject implements Subject{ 
            public void action() {
                System.out.println("被代理类执行");
            }
        }
2.  新建代理类MyInvocationHandler实现**InvocationHandler**接口
3.  创建部成员**Obj obj**作为传入被代理对象的声明
4.  新增绑定方法**blind(Object obj)**
    
        Object obj;//实现接口的被代理类对象声明,相当于被代理类
        //给被代理（实际操作）对象实例化/返回代理类对象
        public Object blind(Object obj) {
            this.obj = obj;
            //根据被代理对象，制造并且返回代理类对象
            return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj
                    .getClass().getInterfaces(), this);
        }
    
    作用：传入被代理对象**obj**（kfc工厂、Google工厂）,调用**Proxy**传入obj(kfc工厂)
5.  重写**invoke()**方法

//每当调用invok，实际是调用（被重写的那个）action
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { System.out.println("MyInvocationHandler/invoke"); //method返回值 Object returnVal = method.invoke(obj, args); return returnVal; }

**invoke**的作用相当于前面静态代理的**Action**(**ProductFood**、**ProductPhone**)。让代理对象调用的invoke其实是调用传入对象（kfc工厂、Google工厂）的内部**Action**。

#### 调用代码： ####

1.  实例化被代理对象  
    RealSubject real = new RealSubject();
2.  创建代理对象  
    MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();
3.  绑定被代理对象，返回实现real所在类的接口代理类对象  
    **real可以说是obj的实现类，即obj是Subject**，返回obj  
    Object obj = handler.blind(real);
4.  将obj转化为代理类对象  
    Subject sub = (Subject)obj;
5.  代理执行  
    sub.action();

### 完整示例： ###

/* * 动态代理 */
    
    interface Subject{ 
        void action();
    }
    
    //被代理类
    class RealSubject implements Subject{ 
        public void action() {
            System.out.println("被代理类执行");
        }
    }
    
    class MyInvocationHandler implements InvocationHandler{ 
    
        Object obj;//实现接口的被代理类对象声明,相当于被代理类
        //给被代理（实际操作）对象实例化/返回代理类对象
        public Object blind(Object obj) {
            this.obj = obj;
            //根据被代理对象，制造并且返回代理类对象
            return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj
                    .getClass().getInterfaces(), this);
        }
    
        //每当调用invok，实际是调用（被重写的那个）action
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
                throws Throwable {
            System.out.println("MyInvocationHandler/invoke");
            //method返回值
            Object returnVal = method.invoke(obj, args);
            return returnVal;
        }
    
    }
    
    public class DynProxy { 
        public static void main(String[] args) {
            //被代理对象
            RealSubject realSubject = new RealSubject();
            //创建实现InvocationHandler接口的对象
            MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();
            //调用blind,动态返回实现real所在类被实现的接口Subject
            Object obj = handler.blind(realSubject);
            Subject sub = (Subject) obj;
            //用接口对象去调，实际调用实现类(RealSubject)的action
            sub.action();       
    
        }
    
    
    
    }

如果切换到静态代理的生产手机例子：  
则改为

@Test
    public void DynProxy() {
        // 创建实现InvocationHandler接口的对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();
        // 被代理对象
        GoogleFactory gf = new GoogleFactory();
        CellPhoneFactory cellPhoneFactory = (CellPhoneFactory) handler.blind(gf);
        cellPhoneFactory.productPhone();    
    
    }

### 采用代理模式的优势： ###

> 代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用，这样起到了中介的作用和保护了目标对象的作用。  
> 其次，动态代理让Proxy类的代码量被固定下来，不会因为业务的逐渐庞大而庞大。

--------------------

### **动态代理**与**AOP** ###

> AOP面向切面编程，指的是将那些影响了多个类并且与具体业务无关的公共行为 封装成一个独立的模块（称  
> 为切面），降低代码的耦合度。

我们就上面的例子再让动态代理与AOP进行演示：  
1. 新增通用类

class PhoneCommon {
        public void method1() {
            System.out.println("method1：申请资金=====");
        }
    
        public void method2() {
            System.out.println("method1：样品测试=====");
        }
    }

1.  在**MyInvocationHandler的invoke**新增切片（PhoneCommon的method1、method2）
    
        //每当调用invok，实际是调用（被重写的那个）action
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { PhoneCommon commonUtil = new PhoneCommon(); //切入method1 commonUtil.method1(); //method返回值 Object returnVal = method.invoke(obj, args); //切入method2 commonUtil.method2(); return returnVal; }
    
    这样当代理类执行被代理类的**action**,会在之前和之后执行通用类**method1()**、**method()2**

执行代码:

// 动态代理
    @Test
    public void DynProxy() {
        // 创建实现InvocationHandler接口的对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();
        System.out.println("手机生产：");
        // 被代理对象
        GoogleFactory gf = new GoogleFactory();
        CellPhoneFactory cellPhoneFactory = (CellPhoneFactory) handler.blind(gf);
        cellPhoneFactory.productPhone();
    
        System.out.println("\n炸鸡生产：");
        KFCFactory kf = new KFCFactory();
        FoodFactory foodFactory = (FoodFactory) handler.blind(kf);
        foodFactory.productFood();  
    
    }

运行结果如下：

手机生产：
    method1：申请资金=====
    Google工厂生产pixel
    method2：样品测试=====
    
    炸鸡生产：
    method1：申请资金=====
    肯德基炸鸡翅。。。
    method2：样品测试=====

AOP作为动态代理的运用比较广泛，常见还有日志功能、Spring的事务（Before、After、Throw ）等。