談談Java反射：從入門到實踐，再到原理

時間  2020-02-02
標籤 談談 java 反射 入門 實踐 再到 原理 欄目 Java 简体版
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前言

反射是Java底層框架的靈魂技術，學習反射很是有必要，本文將從入門概念，到實踐，再到原理講解反射，但願對你們有幫助。html

反射理解

官方解析

Oracle 官方對反射的解釋是：java

Reflection is commonly used by programs which require the ability to examine or
modify the runtime behavior of applications running in the Java virtual machine.
This is a relatively advanced feature and should be used only by developers who
have 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.
複製代碼

Java 的反射機制是指在運行狀態中，對於任意一個類都可以知道這個類全部的屬性和方法； 而且對於任意一個對象，都可以調用它的任意一個方法；這種動態獲取信息以及動態調用對象方法的功能成爲Java語言的反射機制。c++

白話理解

正射

萬物有陰必有陽，有正必有反。既然有反射，就必有「正射」。spring

那麼正射是什麼呢？數據庫

咱們在編寫代碼時，當須要使用到某一個類的時候，都會先了解這個類是作什麼的。而後實例化這個類，接着用實例化好的對象進行操做，這就是正射。編程

Student student = new Student();
student.doHomework("數學");
複製代碼

反射

反射就是，一開始並不知道咱們要初始化的類對象是什麼，天然也沒法使用 new 關鍵字來建立對象了。segmentfault

Class clazz = Class.forName("reflection.Student");
 Method method = clazz.getMethod("doHomework", String.class);
 Constructor constructor = clazz.getConstructor();
 Object object = constructor.newInstance();
 method.invoke(object, "語文");
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正射與反射對比

以上兩段代碼，執行效果是同樣的，如圖設計模式

可是，其實現的過程仍是有很大的差異的：安全

  • 第一段代碼在未運行前就已經知道了要運行的類是Student；
  • 第二段代碼則是到整個程序運行的時候，從字符串reflection.Student，才知道要操做的類是Student。

結論

反射就是在運行時才知道要操做的類是什麼，而且能夠在運行時獲取類的完整構造，並調用對應的方法。bash

Class 對象理解

要理解Class對象，咱們先來了解一下RTTI吧。 RTTI（Run-Time Type Identification）運行時類型識別，其做用是在運行時識別一個對象的類型和類的信息。

Java是如何讓咱們在運行時識別對象和類的信息的？主要有兩種方式： 一種是傳統的RRTI，它假定咱們在編譯期已知道了全部類型。 另外一種是反射機制，它容許咱們在運行時發現和使用類的信息。

每一個類都有一個Class對象，每當編譯一個新類就產生一個Class對象（更恰當地說，是被保存在一個同名的.class文件中）。好比建立一個Student類，那麼，JVM就會建立一個Student對應Class類的Class對象，該Class對象保存了Student類相關的類型信息。

Class類的對象做用是運行時提供或得到某個對象的類型信息

反射的基本使用

獲取 Class 類對象

獲取反射中的Class對象有三種方法。

第一種，使用 Class.forName 靜態方法。

Class class1 = Class.forName("reflection.TestReflection");
複製代碼

第二種，使用類的.class 方法

Class class2 = TestReflection.class;
複製代碼

第三種，使用實例對象的 getClass() 方法。

TestReflection testReflection = new TestReflection();
Class class3 = testReflection.getClass();
複製代碼

反射創造對象，獲取方法，成員變量，構造器

本小節學習反射的基本API用法，如獲取方法，成員變量等。

反射創造對象

經過反射建立類對象主要有兩種方式：

實例代碼:

//方式一
Class class1 = Class.forName("reflection.Student");
Student student = (Student) class1.newInstance();
System.out.println(student);

//方式二
Constructor constructor = class1.getConstructor();
Student student1 = (Student) constructor.newInstance();
System.out.println(student1);
複製代碼

運行結果：

反射獲取類的構造器

看一個例子吧：

Class class1 = Class.forName("reflection.Student");
Constructor[] constructors = class1.getDeclaredConstructors();
for (int i = 0; i < constructors.length; i++) {
    System.out.println(constructors[i]);
 }
複製代碼

反射獲取類的成員變量

看demo：

// student 一個私有屬性age，一個公有屬性email
public class Student {

    private Integer age;

    public String email;
}

public class TestReflection {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
        Class class1 = Class.forName("reflection.Student");
        Field email = class1.getField("email");
        System.out.println(email);
        Field age = class1.getField("age");
        System.out.println(age);
    }
}

複製代碼

運行結果：

即 getField(String name) 根據參數變量名，返回一個具體的具備public屬性的成員變量，若是該變量 不是public屬性，則報異常。

反射獲取類的方法

demo

public class Student {

    private void testPrivateMethod() {
        
    }
    public void testPublicMethod() {
        
    }
}

public class TestReflection {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
        Class class1 = Class.forName("reflection.Student");

        Method[] methods = class1.getMethods();
        for (int i = 0; i < methods.length; i++) {
            System.out.println(methods[i]);
        }
    }
}

複製代碼

運行結果：

反射的實現原理

經過上一小節學習，咱們已經知道反射的基本API用法了。接下來，跟着一個例子，學習反射方法的執行鏈路。

public class TestReflection {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class clazz = Class.forName("reflection.TestReflection");
        Method method = clazz.getMethod("target", String.class);
        method.invoke(null, "666");
    }

    public static void target(String str) {
        //打印堆棧信息
        new Exception("#" +str).printStackTrace();
        System.out.println("invoke target method");
    }
}
複製代碼

堆棧信息反映出反射調用鏈路：

java.lang.Exception: #666
invoke target method
	at reflection.TestReflection.target(TestReflection.java:17)
	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
	at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
	at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
	at reflection.TestReflection.main(TestReflection.java:11)
複製代碼

invoke方法執行時序圖

咱們跟着反射鏈路去看一下源碼，先看Method的invoke方法：

public Object invoke(Object obj, Object... args)
    throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,
       InvocationTargetException
{
    //校驗權限
    if (!override) {
        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
            checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);
        }
    }
    MethodAccessor ma = methodAccessor;             // read volatile
    if (ma == null) {
        ma = acquireMethodAccessor(); //獲取MethodAccessor
    }
    //返回MethodAccessor.invoke
    return ma.invoke(obj, args);
}

複製代碼

由上可知道，Method 的 invoke 方法，實際上是返回接口MethodAccessor的invoke方法。MethodAccessor接口有三個實現類，到底調用的是哪一個類的 invoke 方法呢？

進入acquireMethodAccessor方法，能夠看到MethodAccessor由ReflectionFactory 的 newMethodAccessor方法決定。

再進ReflectionFactory的newMethodAccessor方法，咱們能夠看到返回的是DelegatingMethodAccessorImpl對象，也就是說調用的是它的invoke方法。

再看DelegatingMethodAccessorImpl的invoke方法

DelegatingMethodAccessorImpl的invoke方法返回的是MethodAccessorImpl的invoke方法，而MethodAccessorImpl的invoke方法，由它的子類NativeMethodAccessorImpl重寫，這時候返回的是本地方法invoke0，以下

所以，Method的invoke方法，是由本地方法invoke0決定的，再底層就是c++相關了，有興趣的朋友能夠繼續往下研究。

反射的一些應用以及問題

反射應用

反射是Java框架的靈魂技術，不少框架都使用了反射技術，如spring，Mybatis，Hibernate等。

JDBC 的數據庫的鏈接

在JDBC鏈接數據庫中，通常包括加載驅動，得到數據庫鏈接等步驟。而加載驅動，就是引入相關Jar包後，經過Class.forName() 即反射技術，加載數據庫的驅動程序。

Spring 框架的使用

Spring 經過 XML 配置模式裝載 Bean，也是反射的一個典型例子。

裝載過程：

  • 將程序內XML 配置文件加載入內存中
  • Java類解析xml裏面的內容，獲得相關字節碼信息
  • 使用反射機制，獲得Class實例
  • 動態配置實例的屬性，使用

這樣作固然是有好處的：

不用每次都去new實例了，而且能夠修改配置文件，比較靈活。

反射存在的問題

性能問題

java反射的性能並很差，緣由主要是編譯器無法對反射相關的代碼作優化。 有興趣的朋友，能夠看一下這個文章java-reflection-why-is-it-so-slow

安全問題

咱們知道單例模式的設計過程當中，會強調將構造器設計爲私有，由於這樣能夠防止從外部構造對象。可是反射能夠獲取類中的域、方法、構造器，修改訪問權限。因此這樣並不必定是安全的。

看個例子吧，經過反射使用私有構造器實例化。

public class Student {
    private String name;
    private Student(String name) {
        System.out.println("我是私有構造器，我被實例化了");
        this.name = name;
    }
    public void doHomework(String subject) {
        System.out.println("個人名字是" + name);
        System.out.println("我在作"+subject+"做業");
    }
}
public class TestReflection {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class clazz = Class.forName("reflection.Student");
        // 獲取私有構造方法對象
        Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
        // true指示反射的對象在使用時應該取消Java語言訪問檢查。
        constructor.setAccessible(true);
        Student student = (Student) constructor.newInstance("jay@huaxiao");
        student.doHomework("數學");
    }
}
複製代碼

運行結果：

顯然，反射無論你是否是私有，同樣能夠調用。 因此，使用反射一般須要程序的運行沒有 安全限制。若是一個程序對安全性有強制要求，最好不要使用反射啦。

參考與感謝

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