你瞭解Java反射嗎?

安全劍客發表於2019-09-18
剛開始接觸反射這個概念,感覺反射這個機制很複雜很難懂,所以在這篇文章中對Java的反射機制以個人的理解總結歸納。
1. 什麼是反射?

什麼是反射?在官方文件中是這樣說的:
Reflection is commonly used by programs which require the ability to examine ormodify the runtime behavior of applications running in the Java virtual machine.
This is a relatively advanced feature and should be used only by developers whohave a strong grasp of the fundamentals of the language.
With that caveat in mind, reflection is a powerful technique and can enable applications to perform operations which would otherwise be impossible

翻譯一下:

反射技術通常被用來檢測和改變應用程式在 Java 虛擬機器中的行為表現。它是一個相對而言比較高階的技術,通常它應用的前提是開發者本身對於 Java 語言特性有很強的理解的基礎上。值得說明的是,反射是一種強有力的技術特性,因此可以使得應用程式執行一些常規手段無法企及的目的。

個人理解:反射是一種很牛x的技術,使用反射的條件是程式猿是一個大猿,對java的特性非常理解。反射的牛逼之處在於他可以完成一些非常規操作。

舉個例子來說明一下:

稍微想了一下,覺得用煮飯這個栗子來說明吧,不知道準不準確(^,^)。平時我們在家裡一般是用電飯煲來煮飯的,煮飯的步驟一般是:淘米——>擦乾鍋底——>把鍋放到電飯煲裡——>合上蓋子,通電,電飯煲工作——>飯煮熟了,可以吃了,但現在有個需求,我要在煮飯的過程中加個雞蛋,這時怎麼解決呢?是不是開啟正在通電煮飯的電飯煲,然後把雞蛋放進去呢?(來自吃貨的需求^_^)其實反射就相當於剛才加雞蛋的過程。所以反射很牛逼,他不按常規套路出牌,在程式執行的過程中搞一些小動作,以達到“吃貨”的目的。補充一下:“淘米——>擦乾鍋底——>把鍋放到電飯煲裡——>”這個過程可以看做編碼編譯過程,“——>合上蓋子,通電,電飯煲工作”可以看做是程式執行過程,“——>飯煮熟了,可以吃了”可以看做程式執行結束。
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2.java中的反射機制
2.1 反射中常見的類

理解反射機制時,首先熟悉一下幾個類:

1)Class類

Class類例項表示正在執行的Java應用程式中的類和介面。Class是普通類、介面、列舉類、陣列等的抽象,即它們的型別就是Class,它們是Class的例項。

既然Class代表著類和介面,那麼我們可以通過他的例項(位元組碼檔案)來獲取對應類或介面的資訊,如:註解、修飾符、型別、類的名稱、屬性、方法、構造方法、直接父類和子類等,還有可以建立它的例項,但只能呼叫無參構造方法來建立。

什麼看不懂?舉個例子,我們都知道,生物可以分為動物、植物、微生物和病毒等,而動物又有人、喵星人、小狗等,植物、微生物和病毒也一樣。同樣,我們可以類比一下,生物就是Class,動物是普通類,植物是介面,微生物是列舉類、病毒是陣列(列舉和陣列是特殊的類),而人、喵星人、小狗是我們熟悉的物件,如圖
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這下可整明白了吧,普通類、介面、列舉、陣列其實都可以當做Class的物件。

2)Field類

Field表示類的屬性,屬性含有修飾符、型別、屬性名稱和值。所以可以通過Field的例項獲取屬性的修飾符、型別、屬性名稱,並且可以修改屬性的值。

3)Method類

Method表示類的成員方法,方法包括註解、修飾符、返回型別、方法名,引數等。所以可以通過Method的例項獲取方法的的資訊,如,註解、修飾符、返回型別、方法名並且可以呼叫所表示的方法。

4)Constructor類

Constructor表示構造方法,可以通過Constructor的例項獲取構造方法的資訊,如,修飾符等,並且可以通過它來建立它所在類的的例項。

5)Modifier類

Modifier表示修飾符,可通過它來獲取修飾符的資訊,例如何種修飾符等

6)Annotation

Annotation代表註解

以上類都位於java.lang中

2.2 獲取Class物件的方法

瞭解了什麼是反射後,是不是也想體驗一下反射這種騷操作?

想秀操作,首先要獲取Class物件吧,因為Class物件是代表著各種類,有了它之後才可以得到類的各種資訊。獲取方法如下:

1)通過object.getClass()

public static void main(String[] args) {
        
        Car car = new Car();
        
        Class clazz = car.getClass();
    }

注意:此方法不適用於int、float等型別

2)通過(型別名).class、包裝類.Type

public static void main(String[] args) {
        Class clazz = Car.class;
        Class cls1 = int.class;
        Class cls2 = String.class;
        Class cls3=Iteger.Type
    }

3)通過Class.forClass(String 類的全限定名)

1 try {
2    Class clz = Class.forName("com.frank.test.Car");
3 } catch (ClassNotFoundException e) {
4    e.printStackTrace();
5 }

採用哪種方法來獲取,看實際情況而定。

2.3獲取類資訊

有了Class物件後,就可以獲取類的成員(方法+屬性)、註解和類的修飾符等。上面也說了,java中方法用Method類表示、屬性用Field類表示、註解用Annotation類來表示、修飾符用Modifier類表示。Class類中有對應的方法來獲取他們。如下:

2.3.1 獲取屬性Field的物件

//獲取所有的屬性,但不包括從父類繼承下來的屬性
public Field[] getDeclaredFields() throws SecurityException 
//獲取自身的所有的 public 屬性,包括從父類繼承下來的。
public Field[] getFields() throws SecurityException
//獲取在本類中宣告的指定的屬性,引數為屬性的名稱
public Field getDeclaredField(String name) 
//獲取指定的公有屬性,包括父類的,引數為屬性的名稱
public Field getField(String name)

2.3.2 獲取方法Method物件

//獲取本類宣告指定的的方法,第一個引數是方法的名稱,後面的引數是方法引數型別的類,
//如獲取setName(String name)方法,getDeclareMethod(“setName”,String.Class)
public Method getDeclaredMethod(String name, Class< ?>... parameterTypes)
//獲取公有的方法,包括父類的
public Method getMethod(String name, Class< ?>... parameterTypes)
//獲取本類中宣告的所有方法
public Method[] getDeclaredMethods()
//獲取所有的公有方法,包括父類的
public Method[] getMethods()

2.3.3 獲取構造器Constructor物件

 //獲取本類中指定的構造方法
public ConstructorgetDeclaredConstructor(Class< ?>... parameterTypes)
//獲取指定的公有構造方法
public ConstructorgetConstructor(Class< ?>... parameterTypes)
//獲取本類中所有的構造方法
public Constructor< ?>[] getDeclaredConstructors() throws SecurityException 
//獲取本類中所有的公有構造方法
public Constructor< ?>[] getConstructors()

構造方法的獲取與普通方法的獲取大致是一樣的。

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

以上的方法都是在Class類中,別傻傻不知道(別問我怎麼知道的>_>),然後通過Class物件呼叫就可以了。

這裡只是列舉了常用類資訊的的獲取方法,其他資訊的獲取方法,看API文件吧,如註解、類的Class的物件(額好像有點繞。。。)等.

2.4 獲取類成員資訊

上面只是獲取了類的成員所代表類的物件,我們還要使用他們或者獲取成員的資訊(名稱、修飾符等)。因為有了代表成員的物件,使用物件呼叫例項方法就可以了。

2.4.1 Field類

Field類的方法大概可以分為兩種,一種是獲取屬性的資訊,另外一種是設定屬性的值。

第一種:

//返回由此 Field物件表示的欄位的名稱
 String  getName() 
//返回一個 類物件標識了此表示的欄位的宣告型別 Field物件。 
Class< ?>  getType() 
//返回由該 Field物件表示的欄位的Java語言修飾符,作為整數。把整數作為Modifier的構造方法的引數,就可以獲取該整數代表的修飾符類的物件了
int  getModifiers() 
----------------------------------------------------------------
//獲取型別為 int的靜態或例項欄位的值,或通過擴充套件轉換轉換為型別 int的另一個原始型別的值。
int getInt(Object obj) 
//獲取型別為 long的靜態或例項欄位的值,或通過擴大轉換獲得可轉換為型別 long的另一個基本型別的值。 
long getLong(Object obj) 
......此處省略一堆get**(Object obj)的方法,屬性是什麼基本型別,就get什麼就行了
14屬性是引用型別,那麼就呼叫以下方法
//返回該所表示的欄位的 Field ,指定的物件上。  16 Object get(Object obj)

第二種:

//設定作為一個欄位的值 double指定的物件上。  
void setDouble(Object obj, double d) 
//設定作為一個欄位的值 float指定的物件上。  
void setFloat(Object obj, float f) 
//設定作為一個欄位的值 int指定的物件上。
void setInt(Object obj, int i) 
........此處省略一堆set**()方法,屬性是什麼基本型別就set什麼就行了
屬性是引用型別,那麼就呼叫以下方法
//將指定物件引數上的此 Field物件表示的欄位設定為指定的新值。
void  set(Object obj, Object value)

注意啦:如果沒有訪問許可權的話,預設是不能設定屬性值的,那��麼辦呢?是不是就秀不了操作了?然而,前面也說了,反射很牛逼,可以來一些非常規操作,
這時我們呼叫Class物件的setAccessible(true)方法就可以了!
是不是覺得反射可以很強?
2.4.2 Method類
Method類的方法主要是獲取方法的資訊
部分方法:

1 int getModifiers() //返回由該物件表示的可執行檔案的Java語言modifiers 。  
2 String getName() //返回由此 方法物件表示的方法的名稱,作為 String 。  
3 Annotation[][] getParameterAnnotations() //返回一個 Annotation s的陣列陣列,表示由該物件表示的Executable的形式引數的宣告順序的 Executable 。  
4 int getParameterCount() //返回由此物件表示的可執行檔案的形式引數(無論是顯式宣告還是隱式宣告)的數量。  
5 Class< ?>[] getParameterTypes() //返回一個 類物件的陣列, 類以宣告順序表示由該物件表示的可執行檔案的形式引數型別。

2.4.3 Constructor類
Constructor類的方法主要是獲取構方法的資訊和建立物件

獲取方法資訊:

1 int getModifiers() //返回由該物件表示的可執行檔案的Java語言modifiers 。  
2 String getName() //以字串形式返回此建構函式的名稱。  
3 Annotation[][] getParameterAnnotations() //返回的陣列的陣列 Annotation表示的形參進行註釋s時,宣告順序的的 Executable該物件表示。  
4 int getParameterCount() //返回由此物件表示的可執行檔案的形式引數(無論是顯式宣告還是隱式宣告)的數量。  
5 Class< ?>[] getParameterTypes() //返回一個 類物件的陣列, 類以宣告順序表示由該物件表示的可執行檔案的形式引數型別。

建立物件的方法先不說,放到後面去。

2.5 反射建立物件和呼叫方法

2.5.1 建立普通類的物件

建立普通類的物件可以分為兩種方法

第一種:呼叫Class物件的方法

4 //首先獲取Class物件
5 Class clazz=Class.forClass("test.Student");
6 //建立物件
7 Student stu=(Student)clazz.newInstance();
注:此方法只能建立無參建構函式的類的物件

第二種:通過Constructor的newInstance()方法

 //首先建立Class物件
Class clazz=Class.forClass("test.Student");
//獲取想呼叫的建構函式
Constructor constructor=clazz.getConstructor(String.class, int.class);
//呼叫Constructor的newInstance()方法
Student stu=(Student)constructor.newInstance("大王",20);

2.5.2 建立陣列

陣列本質上是一個 Class,而在 Class 中存在一個方法用來識別它是否為一個陣列。

反射建立陣列是通過 Array.newInstance(T.class,維數) 這個方法。

第一個引數指定的是陣列內的元素型別,後面的是可變引數,表示的是相應維度的陣列長度限制。

比如,我要建立一個 int[2][3] 的陣列。

1 Int[][]  a=Array.newInstance(Integer.TYPE, 2, 3);

2.5.3 呼叫方法

用了上面的方法,就有Class物件,有方法Method物件,有例項,現在已經萬事俱備,只欠東風了。

那我們怎麼呼叫方法呢?在Method類有這麼一個方法Object invoke(Object obj, Object... args),object為例項物件,args為呼叫方法的引數

來個栗子:

Class< ?> c = Class.forName("com.kal01.reflect05.Person");//獲取Class物件
Person p1 = (Person) c.newInstance();//獲取例項
Method m3 = c.getDeclaredMethod("test");//獲取方法
m3.setAccessible(true);//當沒有訪問許可權時,設定一下就可以
m3.invoke(p1);//呼叫方法
m3.setAccessible(false);//修改了訪問許可權,記得修改回來
2.6 靜態載入與動態載入

看到這裡是不是有個疑問,反射呼叫類的方法好像除了複雜之外,跟我們平時呼叫沒什麼區別。何必弄那麼花裡胡哨?

所以在這裡簡單說一下靜態載入與動態載入。

回想一下之前煮飯的那個栗子,靜態載入和動態載入的這個例子有點相似。

靜態載入:我們在程式中使用類時,靜態載入是要求要使用的類必須要求在編譯的時候存在,否則編譯器報錯,無法執行程式。編碼時忘記導包時,經常會出現這種錯誤。

動態載入:利用反射來載入類(即獲得Class物件),不要求我們在編譯期存在要是用的那個類,在程式執行時,才去尋找類(可以從jar包,網路等尋找),然後把類載入到方法區中,如果沒有找到這個類會丟擲ClassNotFoundException異常。

有圖有真相:
你瞭解Java反射嗎?你瞭解Java反射嗎?

這下看出來反射的牛逼之處了吧,利用反射使用類時,並不需要這個類在編譯期存在,這就增加了程式的靈活性,可以完成我們的騷操作!

最後總結一下:

使用反射時,記住一句話:老哥,穩住,別翻車!

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