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Java语言反射知识

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1.Java反射知识

Java语言允许通过程序化的方式间接对Class进行操作,Class文件由类装载器装载后,在JVM中将形成一份描述Class结构的元信息对象,通过该元信息对象可以获知Class的结构信息:如构造函数、属性和方法等。Java允许用户借由这个Class相关的元信息对象间接调用Class对象的功能,这就为使用程序化方式操作Class对象开辟了途径。

1.1.1.简单实例

我们将从一个简单例子开始探访Java反射机制的征程,下面的Car类拥有两个构造函数、两个方法以及三个属性,如代码清单3-9所示:

代码清单3-9 Car

package com.baobaotao.reflect;  
public class Car {  
    private String brand;  
    private String color;  
    private int maxSpeed;  

     //①默认构造函数  
    public Car(){}  

     //②带参构造函数  
    public Car(String brand,String color,int maxSpeed){   
        this.brand = brand;  
        this.color = color;  
        this.maxSpeed = maxSpeed;  
    }  

     //③未带参的方法  
    public void introduce() {   
       System.out.println("brand:"+brand+";color:"+color+";maxSpeed:" +maxSpeed);  
    }  
     //省略参数的getter/Setter方法  
     …  
}  

我们通过Java反射机制以一种更加通用的方式间接地操作目标类:

代码清单3-10 ReflectTest

package com.baobaotao. reflect;  
import java.lang.reflect.Constructor;  
import java.lang.reflect.Field;  
import java.lang.reflect.Method;  
public class ReflectTest {  
    public static Car  initByDefaultConst() throws Throwable  
    {  
        //①通过类装载器获取Car类对象  
        ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();   
        Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.Car");   

          //②获取类的默认构造器对象并通过它实例化Car  
        Constructor cons = clazz.getDeclaredConstructor((Class[])null);   
        Car car = (Car)cons.newInstance();  


          //③通过反射方法设置属性  
        Method setBrand = clazz.getMethod("setBrand",String.class);          
        setBrand.invoke(car,"红旗CA72");        
        Method setColor = clazz.getMethod("setColor",String.class);  
        setColor.invoke(car,"黑色");        
        Method setMaxSpeed = clazz.getMethod("setMaxSpeed",int.class);  
        setMaxSpeed.invoke(car,200);          
        return car;  
    }  

    public static void main(String[] args) throws Throwable {  
        Car car = initByDefaultConst();  
        car.introduce();  
    }  
}  

这说明我们完全可以通过编程方式调用Class的各项功能,这和直接通过构造函数和方法调用类功能的效果是一致的,只不过前者是间接调用,后者是直接调用罢了。

在ReflectTest中,使用了几个重要的反射类,分别是ClassLoader、Class、Constructor和Method,通过这些反射类就可以间接调用目标Class的各项功能了。在①处,我们获取当前线程的ClassLoader,然后通过指定的全限定类“com.baobaotao.beans.Car”装载Car类对应的反射实例。在②处,我们通过Car的反射类对象获取Car的构造函数对象cons,通过构造函数对象的newInstrance()方法实例化Car对象,其效果等同于new Car()。在③处,我们又通过Car的反射类对象的getMethod(String methodName,Class paramClass)获取属性的Setter方法对象,第一个参数是目标Class的方法名;第二个参数是方法入参的对象类型。获取方法反射对象后,即可通过invoke(Object obj,Object param)方法调用目标类的方法,该方法的第一个参数是操作的目标类对象实例;第二个参数是目标方法的入参。

在代码清单3 10中,粗体所示部分的信息即是通过反射方法操控目标类的元信息,如果我们将这些信息以一个配置文件的方式提供,就可以使用Java语言的反射功能编写一段通用的代码对类似于Car的类进行实例化及功能调用操作了。

1.1.2.类装载器ClassLoader

1.1.2.1.类装载器工作机制

类装载器就是寻找类的节码文件并构造出类在JVM内部表示对象的组件。在Java中,类装载器把一个类装入JVM中,要经过以下步骤:

[1.]装载:查找和导入Class文件;


[2.]链接:执行校验、准备和解析步骤,其中解析步骤是可以选择的:


[2.1]校验:检查载入Class文件数据的正确性;


[2.2]准备:给类的静态变量分配存储空间;


[2.3]解析:将符号引用转成直接引用;


[3.]初始化:对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作。

类装载工作由ClassLoader及其子类负责,ClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件,它负责在运行时查找和装入Class字节码文件。JVM在运行时会产生三个ClassLoader:根装载器、ExtClassLoader(扩展类装载器)和AppClassLoader(系统类装载器)。其中,根装载器不是ClassLoader的子类,它使用C++编写,因此我们在Java中看不到它,根装载器负责装载JRE的核心类库,如JRE目标下的rt.jar、charsets.jar等。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类。其中ExtClassLoader负责装载JRE扩展目录ext中的JAR类包;AppClassLoader负责装载Classpath路径下的类包。

这三个类装载器之间存在父子层级关系,即根装载器是ExtClassLoader的父装载器,ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。默认情况下,使用AppClassLoader装载应用程序的类,我们可以做一个实验:

代码清单3-11 ClassLoaderTest

public class ClassLoaderTest {  
    public static void main(String[] args) {  
        ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();  
        System.out.println("current loader:"+loader);  
        System.out.println("parent loader:"+loader.getParent());  
        System.out.println("grandparent loader:"+loader.getParent(). getParent());  
    }  
}  

运行以上代码,在控制台上将打出以下信息:

current loader:sun.misc.LauncherAppClassLoader@131f71aparentloader:sun.misc.LauncherExtClassLoader@15601ea


//①根装载器在Java中访问不到,所以返回null


grandparent loader:null

通过以上的输出信息,我们知道当前的ClassLoader是AppClassLoader,父ClassLoader是ExtClassLoader,祖父ClassLoader是根类装载器,因为在Java中无法获得它的句柄,所以仅返回null。

JVM装载类时使用“全盘负责委托机制”,“全盘负责”是指当一个ClassLoader装载一个类的时,除非显式地使用另一个ClassLoader,该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoader载入;“委托机制”是指先委托父装载器寻找目标类,只有在找不到的情况下才从自己的类路径中查找并装载目标类。这一点是从安全角度考虑的,试想如果有人编写了一个恶意的基础类(如java.lang.String)并装载到JVM中将会引起多么可怕的后果。但是由于有了“全盘负责委托机制”,java.lang.String永远是由根装载器来装载的,这样就避免了上述事件的发生。

1.1.2.2.ClassLoader重要方法

在Java中,ClassLoader是一个抽象类,位于java.lang包中。下面对该类的一些重要接口方法进行介绍:

  • Class loadClass(String name) name参数指定类装载器需要装载类的名字,必须使用全限定类名,如com.baobaotao. beans.Car。该方法有一个重载方法loadClass(String name ,boolean resolve),resolve参数告诉类装载器是否需要解析该类。在初始化类之前,应考虑进行类解析的工作,但并不是所有的类都需要解析,如果JVM只需要知道该类是否存在或找出该类的超类,那么就不需要进行解析。

  • Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 将类文件的字节数组转换成JVM内部的java.lang.Class对象。字节数组可以从本地文件系统、远程网络获取。name为字节数组对应的全限定类名。

  • Class findSystemClass(String name) 从本地文件系统载入Class文件,如果本地文件系统不存在该Class文件,将抛出ClassNotFoundException异常。该方法是JVM默认使用的装载机制。

  • Class findLoadedClass(String name) 调用该方法来查看ClassLoader是否已装入某个类。如果已装入,那么返回java.lang.Class对象,否则返回null。如果强行装载已存在的类,将会抛出链接错误。

  • ClassLoader getParent() 获取类装载器的父装载器,除根装载器外,所有的类装载器都有且仅有一个父装载器,ExtClassLoader的父装载器是根装载器,因为根装载器非Java编写,所以无法获得,将返回null。

    1.1.3.Java反射机制

    Class反射对象描述类语义结构,可以从Class对象中获取构造函数、成员变量、方法类等类元素的反射对象,并以编程的方式通过这些反射对象对目标类对象进行操作。这些反射对象类在java.reflect包中定义,下面是最主要的三个反射类:


     Constructor:类的构造函数反射类,通过Class#getConstructors()方法可以获得类的所有构造函数反射对象数组。在JDK5.0中,还可以通过getConstructor(Class… parameterTypes)获取拥有特定入参的构造函数反射对象。Constructor的一个主要方法是newInstance(Object[] initargs),通过该方法可以创建一个对象类的实例,相当于new关键字。在JDK5.0中该方法演化为更为灵活的形式:newInstance (Object… initargs)。 Method:类方法的反射类,通过Class#getDeclaredMethods()方法可以获取类的所有方法反射类对象数组Method[]。在JDK5.0中可以通过getDeclaredMethod(String name, Class… parameterTypes)获取特定签名的方法,name为方法名;Class…为方法入参类型列表。Method最主要的方法是invoke(Object obj, Object[] args),obj表示操作的目标对象;args为方法入参,代码清单3 10③处演示了这个反射类的使用方法。在JDK 5.0中,该方法的形式调整为invoke(Object obj, Object… args)。此外,Method还有很多用于获取类方法更多信息的方法: 1)Class getReturnType():获取方法的返回值类型;


    2)Class[] getParameterTypes():获取方法的入参类型数组;


    3)Class[] getExceptionTypes():获取方法的异常类型数组;


    4)Annotation[][] getParameterAnnotations():获取方法的注解信息,JDK 5.0中的新方法; Field:类的成员变量的反射类,通过Class#getDeclaredFields()方法可以获取类的成员变量反射对象数组,通过Class#getDeclaredField(String name)则可获取某个特定名称的成员变量反射对象。Field类最主要的方法是set(Object obj, Object value),obj表示操作的目标对象,通过value为目标对象的成员变量设置值。如果成员变量为基础类型,用户可以使用Field类中提供的带类型名的值设置方法,如setBoolean(Object obj, boolean value)、setInt(Object obj, int value)等。


    此外,Java还为包提供了Package反射类,在JDK 5.0中还为注解提供了AnnotatedElement反射类。总之,Java的反射体系保证了可以通过程序化的方式访问目标类中所有的元素,对于private或protected的成员变量和方法,只要JVM的安全机制允许,也可以通过反射进行调用,请看下面的例子:

    代码清单3-12 PrivateCarReflect

    package com.baobaotao.reflect;  
    public class PrivateCar {  
         //①private成员变量:使用传统的类实例调用方式,只能在本类中访问  
     private String color;   
          //②protected方法:使用传统的类实例调用方式,只能在子类和本包中访问  
     protected void drive(){  
    
    System.out.println("drive private car! the color is:"+color);  
     }  
    }  

color变量和drive()方法都是私有的,通过类实例变量无法在外部访问私有变量、调用私有方法的,但通过反射机制却可以绕过这个限制:

代码清单3-13 PrivateCarReflect

public class PrivateCarReflect {  
   public static void main(String[] args) throws Throwable{  
       ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();  
       Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.PrivateCar");  
       PrivateCar pcar = (PrivateCar)clazz.newInstance();  

       Field colorFld = clazz.getDeclaredField("color");  
        //①取消Java语言访问检查以访问private变量  
       colorFld.setAccessible(true);   
       colorFld.set(pcar,"红色");  

       Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive",(Class[])null);  
        //Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive"); JDK5.0下使用  

        //②取消Java语言访问检查以访问protected方法  
       driveMtd.setAccessible(true);   
        driveMtd.invoke(pcar,(Object[])null);  
  }  
}  

原文地址:http://www.iteye.com/topic/1123081

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