淺談Java的反射原理

糖拌蕃茄發表於2021-03-13
Java反射

Java的編譯過程

談及反射，不得不先了解一下，java的整個編譯過程，整體的java編譯過程可以參考 之前的一篇 一個java檔案被執行的歷程 

這裡我們只針對 物件這一層級來討論，一個java檔案，我們經過編譯，會得出 一個 位元組碼檔案（.class），這時候，進入解釋階段，編譯器會將這個.class載入進記憶體中，此時，它首先會生成一個 Class物件。

Class物件與物件形成的過程

　Class物件

在java世界裡，一切皆物件。從某種意義上來說，java有兩種物件：例項物件和Class物件。對於每個類而言，JRE 都為其保留一個不變的 Class 型別的物件。

Class物件會有以下幾個特點：
  1. Class 物件只能由系統建立物件
  2. 一個類在 JVM 中只會有一個Class例項
  3. –每個類的例項都會記得自己是由哪個 Class 例項所生成

class物件包含的資訊有：

  • 資料成員名
  • 內部方法
  • 構造方法
  • 整合自哪個介面、類

　物件的形成過程

我們的例項物件是通過Class物件來建立的。

每一個類都有一個Class物件，每當編譯一個新類就產生一個Class物件，基本型別 (boolean, byte, char, short, int, long, float, and double)有Class物件，陣列有Class物件，就連關鍵字void也有Class物件（void.class）。Class物件對應著java.lang.Class類，如果說類是物件抽象和集合的話，那麼Class類就是對類的抽象和集合。

Class類沒有公共的構造方法，Class物件是在類載入的時候由Java虛擬機器以及通過呼叫類載入器中的 defineClass 方法自動構造的，因此不能顯式地宣告一個Class物件。

在類載入階段，類載入器首先檢查這個類的Class物件是否已經被載入。如果尚未載入，預設的類載入器就會根據類的全限定名查詢.class檔案。在這個類的位元組碼被載入時，它們會接受驗證，以確保其沒有被破壞，並且不包含不良java程式碼。一旦某個類的Class物件被載入記憶體，我們就可以它來建立這個類的所有物件。

反射的本質及應用

　　上面的基礎瞭解完畢，我們進入今天的主體，何為反射。

所謂反射，官方的定義是： 指計算機程式在執行時（runtime） 可以訪問、檢測和修改它本身狀態或行為的一種能力。通俗說，反射就是程式在執行的時候能夠“觀察”並且修改自己的行為，是程式對自身的反思、自檢、修改。

　　理解反射，首先得知道它的對立面，“正射”

“正射”

前面說到了Class物件，每個類的執行時的型別資訊就是用Class物件表示的。系統會自動建立唯一一個Class物件，它包含了與類有關的資訊。此時的java檔案（一個類）處於一箇中間狀態，並不是我們使用的物件，只有當我們使用  “ new  Object（）”時，才會在JVM堆中根據這個Class物件來產生真正供我們使用的例項物件。其實也就是上面部分的物件的形成過程。

正射的使用意義是，我事先定義了一個物件的某些東西，然後當我需要的時候，我會通知記憶體去建立這個物件，然後我事先知道這個物件有什麼，所以我會精準的呼叫它的某個方法，某個成員變數。

用一個我們習以為常的demo來舉一下例：

class Human {
    String name;
    int age;
    String nation;
    Human(String name,int age,String nation) {
        this.name=name;
        this.age=age;
        this.nation=nation;
    }
    void changeName(String name){
        this.name=name;
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args){
        Human human=new Human("張三",22,"中國");
        human.changeName("李四");
    }
}

在上面Main類的main方法中，我之所以可以寫human.changeName(“張三”) 是因為Human類也是我自己寫的，我清楚的知道，human作為Human的例項物件，可以呼叫changeName方法，如果我手抖寫了呼叫changeNamee方法，我也會立即改回來，因為我知道Human裡沒有這個方法。假如我不知道Human裡有沒有一個改名字的方法，即Human類對我來說是不透明的第三方類，我嘗試性的在程式中呼叫了一個newName方法，儲存、編譯。這時候編譯器會通知我，這樣寫程式是不對的，Human裡沒有一個叫newName的方法，編譯失敗。

反射

假如此時我只想使用物件某一個方法，某一個成員變數，而不想用其他的部分，這時候如果用“正射”（走正常的物件建立過程，new一下），就會被迫建立一個完整的該物件（有一說一，有點浪費），此時我可以根據類的全路徑+名稱，去記憶體中拿出這個類的Class物件，根據這個Class物件，靈活的去獲取這個類片面的資訊。這種在執行時訪問、修改物件的狀態和行為，可以給程式帶來極大的靈活性。這便是反射

反射可提供的功能

  1. 在執行時判斷任意一個物件所屬的類。

  2. 在執行時構造任意一個類的物件。

  3. 在執行時判斷任意一個類所具有的成員變數和方法。

  4. 在執行時呼叫任意一個物件的方法。

  5. 生成動態代理。

詳細的API使用，可以查閱java的官方文件。

反射的使用

　　使用Java註解配合反射可以開發出各種工具、框架。例如，Spring中的註解、工廠模式中建立物件的方式等

這裡實現一個用自定義註解 @AutoField 實現為屬性賦值。

定義註解@AutoField 

@Target({ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface AutoField {
    String value() default "";
}

編寫解析類。BeanFactory中的createBean方法通過反射拿到註解 @AutoField的值並賦給物件。

public class BeanFactory {
    public static <T> T createBean(Class<T> clazz) {
        T o = null;
        try {
            o = clazz.newInstance();
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            if (declaredField.isAnnotationPresent(AutoField.class)) {
                AutoField AutoField = declaredField.getAnnotation(AutoField.class);
                if (!declaredField.isAccessible())
                    declaredField.setAccessible(true);
                try {
                    if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("String"))
                        declaredField.set(o, AutoField.value());
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("byte"))
                        declaredField.set(o, Byte.parseByte(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("short"))
                        declaredField.set(o, Short.parseShort(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("int"))
                        declaredField.set(o, Integer.parseInt(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("long"))
                        declaredField.set(o, Long.parseLong(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("float"))
                        declaredField.set(o, Float.parseFloat(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("double"))
                        declaredField.set(o, Double.parseDouble(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("long"))
                        declaredField.set(o, Long.parseLong(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("boolean"))
                        declaredField.set(o, Boolean.parseBoolean(AutoField.value()));
                    else
                        throw new RuntimeException(declaredField.getName() + " of " + clazz.getName() + " is not a value field");
                } catch (IllegalAccessException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }

            }
        }
        return o;
    }
}

　　定義實體類

public class Teacher {

　　@AutoField("12223")
　　private int id;

　　@AutoField("Zhang")
　　private String name;

　　@AutoField("20")
　　private int age;

　　@AutoField("false")
　　private boolean isProfessor;

　　@AutoField("G")
　　private String sex;

　　@AutoField("CQU")
　　private String school;

　　public int getId() {
　　　　return id;
　　}

　　public String getName() {
　　　　return name;
　　}

　　public int getAge() {
　　　　return age;
　　}

　　public boolean isProfessor() {
　　　　return isProfessor;
　　}

　　public String getSex() {
　　　　return sex;
　　}

　　public String getSchool() {
　　　　return school;
　　}

　　public void setId(int id) {
　　　　this.id = id;
　　}

　　public void setName(String name) {
　　　　this.name = name;
　　}

　　public void setAge(int age) {
　　　　this.age = age;
　　}

　　public void setProfessor(boolean professor) {
　　　　isProfessor = professor;
　　}

　　public void setSex(String sex) {
　　　　this.sex = sex;
　　}

　　public void setSchool(String school) {
　　　　this.school = school;
　　}

　　@Override
　　public String toString() {
　　　　return "Teacher{" +
　　　　　　"id=" + id +
　　　　　　", name='" + name + '\'' +
　　　　　　", age=" + age +
　　　　　　", isProfessor=" + isProfessor +
　　　　　　", sex=" + sex +
　　　　　　", school='" + school + '\'' +
　　　　'}';
　　}
}

 

測試

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher = BeanFactory.createBean(Teacher.class);
        System.out.println(teacher);
    }

 

 

 

　　

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