java基礎之反射

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java基礎之反射 1. 類的載入、連接和初始化 1.1 類的載入 1.2 類的連接 1.3 類的初始化 1.4 類載入器 2. 反射 2.1 反射基本信息 2.1.1 Class對象 2.1.2 Java反射機制的類庫支持 2.2 反射的基本實現 2.2.1 獲取Class對象 2.2.2 獲取構... ...


目錄

java基礎之反射

1. 類的載入、連接和初始化

1.1 類的載入

  當程式主動使用某個類時，如果該類還沒有被載入到記憶體中，則系統會通過載入、連接、初始化這三個步驟對該類進行初始化。有時會把這一整個流程統稱為類載入或類初始化。
  類載入指的是將類的class文件讀入記憶體中，併為之創建一個 java.lang.Class 對象，也就是說程式使用任何類的時候，都會為其創建一個class對象。

1.2 類的連接

  類被載入之後，系統會為之生成一個Class對象，接著會進入連接階段，連接階段負責把類的二進位數據合併到JRE中。類的連接又分為下麵三個階段：

  • 驗證：確保被載入類的正確性
  • 準備：負責為類的靜態成員分配記憶體，並設置預設初始化值
  • 解析：將類中的符號引用替換為直接引用

1.3 類的初始化

  在java中對類變數指定初始值得方法有兩種：1. 聲明類變數時指定初始值；2. 使用靜態初始化塊為類變數指定初始值。

  • 類載入的時機
  1. 創建類的實例的時候
  2. 訪問類的靜態變數的時候
  3. 調用類的靜態方法的時候
  4. 使用反射方式來強制創建某個類或介面對應的java.lang.Class對象
  5. 初始化某個類的子類的時候
  6. 直接使用java.exe命令來運行某個主類

1.4 類載入器

  類載入器負責將.class文件載入到記憶體中，併為之生成對應的Class對象。類載入器負責載入所有的類，系統為所有載入到記憶體中的類生成一個java.lang.Class 的實例。

類載入器的組成：

  • Bootstrap ClassLoader 根類載入器 ： 也被稱為引導類載入器，負責Java核心類的載入，比如System類，在JDK中JRE的lib目錄下rt.jar文件中的類
  • Extension ClassLoader 擴展類載入器 ： 負責JRE的擴展目錄中jar包的載入，在JDK中JRE的lib目錄下ext目錄
  • System ClassLoader 系統類載入器 ： 負責在JVM啟動時載入來自java命令的class文件，以及classpath環境變數所指定的jar包和類路徑，主要是我們開發者自己寫的類

2. 反射

  Java反射就是在運行狀態中，對於任意一個類，都能夠知道這個類的所有屬性和方法；對於任意一個對象，都能夠調用它的任意方法和屬性；並且能改變它的屬性。
  反射機制允許程式在運行時取得任何一個已知名稱的class的內部信息，包括包括其modifiers(修飾符)，fields(屬性)，methods(方法)等，並可於運行時改變fields內容或調用methods。那麼我們便可以更靈活的編寫代碼，代碼可以在運行時裝配，無需在組件之間進行源代碼鏈接，降低代碼的耦合度；還有動態代理的實現等等。

2.1 反射基本信息

  java程式中許多對象在運行時會出現兩種類型：運行時類型和編譯時類型，例如Person p = new Student()；這句代碼中p在編譯時類型為Person，運行時類型為Student。程式需要在運行時發現對象和類的真實信心。而通過使用反射程式就能判斷出該對象和類屬於哪些類。

2.1.1 Class對象

  Java文件被編譯後，生成了.class文件，JVM此時就要去解讀.class文件。當程式主動去使用某個類時，JVM會通過前面提到的三個步驟：載入、連接和初始化三個步驟對類進行初始化。被編譯後的Java文件.class也被JVM解析為一個對象，這個對象就是java.lang.Class。這樣當程式在運行時，每個java文件就最終變成了Class類對象的一個實例。我們通過Java的反射機制應用到這個實例，就可以去獲得甚至去添加改變這個類的屬性和動作，使得這個類成為一個動態的類。
  
  Class類的概念儘管很抽象，但是無疑，它是反射機制的起源，是Java語言中一個精巧美妙地設計。
  
  下麵是翻譯後的中文文檔的描述：
  Class類的實例表示正在運行的Java應用程式的類和介面。枚舉是一種類，註釋（註解）是一種介面。每個數組屬於被映射為Class對象的一個類，所有具有相同元素類型和維數的數組都共用該Class對象。基本的Java類型（boolean、byte、char、short、int、long、float 和 double）和關鍵字 void 也表示為 Class 對象。Class沒有公用構造方法。Class對象是在載入類時由JVM以及通過調用類載入器中的defineClass方法自動構造的。

2.1.2 Java反射機制的類庫支持

  在深入到反射機制之前，先探析一下反射機制的定義和應用。反射機制定義：Java反射機制是在運行狀態時，對於任意一個類，都能夠直到這個類的所有屬性和方法；對於任意一個對象，都能夠調用它的任意一個方法和屬性。
  在Java中，Class類和java.lang.reflect類庫一起構成了對Java反射機制的支持。其中最常使用到的類是Constructor，Field，Method，而這三個類都繼承了一個介面java.lang.reflect.Member。

2.2 反射的基本實現

  實驗類

//因篇幅原因，實驗代碼未展示set，get等等常用方法
public class Cat {
    private String name = "";
    private String master = "";
    private int age = 0;

    public Cat() {  }
    private Cat(String name, String master) {   }
    public Cat(String name, String master, int age) {   }   
    
    public void eat() {
        System.out.println("小魚乾真好吃~");
    }

    private void play() {
        System.out.println("快來陪我玩~");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Cat [name=" + name + ", master=" + master + ", age=" + age + "]";
    }
}

2.2.1 獲取Class對象

  在java中獲取Class對象有三種方法：

  • 通過類名獲取：Class c1 = Student.class; 調用某各類的class屬性來獲取Class對象。
  • 通過對象獲取：Class c2 = stu.getClass(); 通過getClass方法，該方法是Object類下的一個方法。
  • 通過全類名獲取：Class c3 = Class.forName("全限定類名"); 會有一個ClassNotFoundException異常
public static void main(String[] args) throws Exception {
    Cat c = new Cat();
    
    Class cat1 = Class.forName("algorithms.sort.Cat");
    Class cat2 = Cat.class;
    Class cat3 = c.getClass();

    System.out.println(cat1 == cat2);
    System.out.println(cat2 == cat3);
}
//輸出結果
true
true

2.2.2 獲取構造器並創建對象

  • getConstructors()：返回了表示此類公共構造方法的Constructor對象數組。
  • getDeclaredConstructors()：這個方法返回Constructor對象的所有構造方法。
      
      獲取構造器
public static void main(String[] args) throws Exception {
    Class cat = Cat.class;
    //獲取所有公共構造方法
    Constructor<?> cons[] = cat.getConstructors();
    for (Constructor<?> con : cons) {
        System.out.println("getConstructors-----------" + con);
    }
    System.out.println("**************************************");
    //獲取所有構造方法
    Constructor<?> cons2[] = cat.getDeclaredConstructors();
    for (Constructor<?> con2 : cons2) {
        System.out.println("getDeclaredConstructors---" + con2);
    }
}
//輸出結果
getConstructors-----------public algorithms.sort.Cat(java.lang.String,java.lang.String,int)
getConstructors-----------public algorithms.sort.Cat()
**************************************
getDeclaredConstructors---public algorithms.sort.Cat(java.lang.String,java.lang.String,int)
getDeclaredConstructors---private algorithms.sort.Cat(java.lang.String,java.lang.String)
getDeclaredConstructors---public algorithms.sort.Cat()

  
  創建對象

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Class cat = Cat.class;
    //使用公共構造器實例化對象
    Constructor<?> cons1 = cat.getConstructor();
    //使用私有構造器實例化對象
    Constructor<?> cons2 = cat.getDeclaredConstructor(String.class,String.class);
    Cat cat1 = (Cat)cons1.newInstance();
    //私有的構造方法反射後要打開許可權才能進行相應操作
    cons2.setAccessible(true);
    Cat cat2 = (Cat)cons2.newInstance("tom","denny");
    System.out.println(cat1);
    System.out.println(cat2);
}
//輸出結果
Cat [name=, master=, age=0]
Cat [name=tom, master=denny, age=0]

   在創建對象的過程中，值得註意的是如果反射的構造方法是私有的，那麼要打開訪問許可權才能進行對象的實例化；也就是使用cons2.setAccessible(true);語句的原因。

2.2.3 獲取成員變數和成員方法

  
  獲取成員變數

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Class cat = Cat.class;
    //獲取構造器
    Constructor<?> cons = cat.getConstructor(String.class,String.class,int.class);
    //實例化對象
    Cat cat1 = (Cat)cons.newInstance("tom","denny",5);
    System.out.println(cat1);
    System.out.println("****************");
    
    Field fields = cat.getDeclaredField("name");
    //打開訪問許可權限制
    fields.setAccessible(true);
    fields.set(cat1, "jack");
    System.out.println(cat1);
}
//輸出結果
Cat [name=tom, master=denny, age=5]
****************
Cat [name=jack, master=denny, age=5]

  獲取成員方法

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Class cat = Cat.class;
    //獲取構造器
    Constructor<?> cons = cat.getConstructor(String.class, String.class, int.class);
    //實例化對象
    Cat cat1 = (Cat) cons.newInstance("tom", "denny", 5);
    System.out.println(cat1);
    System.out.println("****************");

    //獲取私有和公共成員方法
    Method method1 = cat.getDeclaredMethod("setName", String.class);
    Method method2 = cat.getDeclaredMethod("eat");
    method1.setAccessible(true);
    method1.invoke(cat1, "petter");
    System.out.println(cat1);
    method2.invoke(cat1);
}
//輸出結果
Cat [name=tom, master=denny, age=5]
****************
Cat [name=petter, master=denny, age=5]
小魚乾真好吃~

2.2.4 反射越過泛型檢查

public static void main(String[] args) throws Exception  {
    //泛型只在編譯期進行檢查，在運行期會被擦除
    ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(111);
    list.add(222);
    //拿到位元組碼文件，位元組碼文件屬於運行期
    Class cla = Class.forName("java.util.ArrayList");
    Method meth = cla.getMethod("add", Object.class);
    meth.invoke(list, "abc");
    System.out.println(list);
}
//輸出結果
[111, 222, abc]

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