詳解Java中的反射機制和動態代理

一、反射概述

反射機制指的是Java在運行時候有一種自觀的能力,能夠瞭解自身的情況為下一步做準備,其想表達的意思就是:在運行狀態中,對於任意一個類,都能夠獲取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(包括私有的方法和屬性),這種動態獲取的信息以及動態調用對象的方法的功能就稱為java語言的反射機制。通俗點講,通過反射,該類對我們來說是完全透明的,想要獲取任何東西都可以,這是一種動態獲取類的信息以及動態調用對象方法的能力。

想要使用反射機制,就必須要先獲取到該類的字節碼文件對象(.class),通過該類的字節碼對象,就能夠通過該類中的方法獲取到我們想要的所有信息(方法,屬性,類名,父類名,實現的所有接口等等),每一個類對應著一個字節碼文件也就對應著一個Class類型的對象,也就是字節碼文件對象。

Java提供的反射機制,依賴於我們下面要講到的Class類和java.lang.reflect類庫。我們下面要學習使用的主要類有:①Class表示類或者接口;②java.lang.reflect.Field表示類中的成員變量;③java.lang.reflect.Method表示類中的方法;④java.lang.reflect.Constructor表示類的構造方法;⑤Array提供動態數組的創建和訪問數組的靜態方法。

二、反射之Class類

2.1、初識Class類

在類Object下面提供瞭一個方法:

public final native Class<?> getClass()

此方法將會被所有的子類繼承,該方法的返回值為一個Class,這個Class類就是反射的源頭。那麼Class類是什麼呢?Class類是Java中用來表達運行時類型信息的對應類,我們剛剛也說過所有類都會繼承Object類的getClass()方法,那麼也體現瞭著Java中的每個類都有一個Class對象,當我們編寫並編譯一個創建的類就會產生對應的class文件並將類的信息寫到該class文件中,當我們使用正常方式new一個對象或者使用類的靜態字段時候,JVM的累加器子系統就會將對應的Class對象加載到JVM中,然後JVM根據這個類型信息相關的Class對象創建我們需要的實例對象或者根據提供靜態變量的引用值。將Class類稱為類的類型,一個Class對象稱為類的類型對象。

2.2、Class有下面的幾個特點

①Class也是類的一種(不同於class,class是一個關鍵字);

②Class類隻有一個私有的構造函數

private Class(ClassLoader loader)

隻有JVM能夠創建Class類的實例;

③對於同一類的對象,在JVM中隻存在唯一一個對應的Class類實例來描述其信息;

④每個類的實例都會記得自己是由哪個Class實例所生成;

⑤通過Class可以完整的得到一個類中的完整結構;

2.3、獲取Class類實例

剛剛說到過Class隻有一個私有的構造函數,所以我們不能通過new創建Class實例,有下面這幾種獲取Class實例的方法:

①Class.forName(“類的全限定名”),該方法隻能獲取引用類型的類類型對象。該方法會拋出異常(a.l類加載器在類路徑中沒有找到該類 b.該類被某個類加載器加載到JVM內存中,另外一個類加載器有嘗試從同一個包中加載)

//Class<T> clazz = Class.forName("類的全限定名");這是通過Class類中的靜態方法forName直接獲取一個Class的對象
Class<?> clazz1 = null;
try {
    clazz1 = Class.forName("reflect.Person");
} catch (ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
}
System.out.println(clazz1); //class reflect.Person

②如果我們有一個類的對象實例,那麼通過這個對象的getClass()方法可以獲得他的Class對象,如下所示

//Class<T> clazz = xxx.getClass(); //通過類的實例獲取類的Class對象
Class<?> clazz3 = new Person().getClass();
System.out.println(clazz3); //class reflect.Person

Class<?> stringClass = "string".getClass();
System.out.println(stringClass); //class java.lang.String

/**
 * [代表數組,
 * B代表byte;
 * I代表int;
 * Z代表boolean;
 * L代表引用類型
 * 組合起來就是指定類型的一維數組,如果是[[就是二維數組
 */
Class<?> arrClass = new byte[20].getClass();
System.out.println(arrClass); //class [B

Class<?> arrClass1 = new int[20].getClass();
System.out.println(arrClass1); //class [I

Class<?> arrClass2 = new boolean[20].getClass();
System.out.println(arrClass2); //class [Z

Class<?> arrClass3 = new Person[20].getClass();
System.out.println(arrClass3); //class [Lreflect.Person;

Class<?> arrClass4 = new String[20].getClass();
System.out.println(arrClass4); //class [Ljava.lang.String;

③通過類的class字節碼文件獲取,通過類名.class獲取該類的Class對象

//Class<T> clazz = XXXClass.class; 當類已經被加載為.class文件時候,
Class<Person> clazz2 = Person.class;
System.out.println(clazz2);
System.out.println(int [][].class);//class [[I
System.out.println(Integer.class);//class java.lang.Integer

2.4、關於包裝類的靜態屬性

我們知道,在Java中對於基本類型和void都有對應的包裝類。在包裝類中有一個靜態屬性TYPE保存瞭該類的類類型。如下所示

/**
     * The {@code Class} instance representing the primitive type
     * {@code int}.
     *
     * @since   JDK1.1
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static final Class<Integer>  TYPE = (Class<Integer>) Class.getPrimitiveClass("int");

我們使用這個靜態屬性來獲得Class實例,如下所示

Class c0 = Byte.TYPE; //byte
Class c1 = Integer.TYPE; //int
Class c2 = Character.TYPE; //char
Class c3 = Boolean.TYPE; //boolean
Class c4 = Short.TYPE; //short
Class c5 = Long.TYPE; //long
Class c6 = Float.TYPE; //float
Class c7 = Double.TYPE; //double
Class c8 = Void.TYPE; //void

2.5、通過Class類的其他方法獲取

①public native Class<? super T> getSuperclass():獲取該類的父類

Class c1 = Integer.class;
Class par = c1.getSuperclass();
System.out.println(par); //class java.lang.Number

②public Class<?>[] getClasses():獲取該類的所有公共類、接口、枚舉組成的Class數組,包括繼承的;

③public Class<?>[] getDeclaredClasses():獲取該類的顯式聲明的所有類、接口、枚舉組成的Class數組;

④(Class/Field/Method/Constructor).getDeclaringClass():獲取該類/屬性/方法/構造器所在的類

三、Class類的API

這是下面測試用例中使用的Person類和實現的接口

package reflect;

interface Test {
    String test = "interface";
}

public class Person  implements Test{

    private String id;
    private String name;

    public void sing(String name) {
        System.out.println(getName() + "會唱" + name +"歌");
    }

    private void dance(String name) {
        System.out.println(getName() + "會跳" + name + "舞");
    }

    public void playBalls() {
        System.out.println(getName() + "會打籃球");
    }

    public String getId() {
        return id;
    }

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

    public String getName() {
        return name;
    }

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


    public Person() {
    }

    public Person(String id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public Person(String id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "id='" + id + '\'' +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}
//Person

3.1、創建實例對象

public void test4() throws Exception{
    Class clazz =Class.forName("reflect.Person");
    Person person = (Person)clazz.newInstance();
    System.out.println(person);
}

創建運行時類的對象,使用newInstance(),實際上就是調用運行時指定類的無參構造方法。這裡也說明要想創建成功,需要對應的類有無參構造器,並且構造器的權限要足夠,否則會拋出下面的異常。

①我們顯示聲明Person類一個帶參構造,並沒有無參構造,這種情況會拋出InstantiationException

②更改無參構造器訪問權限為private

3.2、獲取構造器

(1)獲取指定可訪問的構造器創建對象實例

上面我們所說的使用newInstance方法創建對象,如果不指定任何參數的話默認是調用指定類的無參構造器的。那麼如果沒有無參構造器,又想創建對象實例怎麼辦呢,就使用Class類提供的獲取構造器的方法,顯示指定我們需要調用哪一個無參構造器。

@Test
public void test5() throws Exception {
    Class clazz = Class.forName("reflect.Person");
    //獲取帶參構造器
    Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class, String .class);
    //通過構造器來實例化對象
    Person person = (Person) constructor.newInstance("p1", "person");
    System.out.println(person);
}

當我們指定的構造器全部不夠(比如設置為private),我們在調用的時候就會拋出下面的異常

(2)獲得全部構造器

@Test
public void test6() throws Exception {
    Class clazz1 = Class.forName("reflect.Person");
    Constructor[] constructors = clazz1.getConstructors();
    for (Constructor constructor : constructors) {
        Class[] parameters = constructor.getParameterTypes();
        System.out.println("構造函數名:" + constructor + "\n" + "參數");
        for (Class c: parameters) {
            System.out.print(c.getName() + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

運行結果如下

  

3.3、獲取成員變量並使用Field對象的方法

(1)Class.getField(String)方法可以獲取類中的指定字段(可見的), 如果是私有的可以用getDeclaedField(“name”)方法獲取,通過set(對象引用,屬性值)方法可以設置指定對象上該字段的值, 如果是私有的需要先調用setAccessible(true)設置訪問權限,用獲取的指定的字段調用get(對象引用)可以獲取指定對象中該字段的值。

@Test
public void test7() throws Exception {
    Class clazz1 = Class.forName("reflect.Person");
    //獲得實例對象
    Person person = (Person) clazz1.newInstance();
    /**
     * 獲得類的屬性信息
     * 使用getField(name),通過指定的屬性name獲得
     * 如果屬性不是public的,使用getDeclaredField(name)獲得
     */
    Field field = clazz1.getDeclaredField("id");
    //如果是private的,需要設置權限為可訪問
    field.setAccessible(true);
    //設置成員變量的屬性值
    field.set(person, "person1");
    //獲取成員變量的屬性值,使用get方法,其中第一個參數表示獲得字段的所屬對象,第二個參數表示設置的值
    System.out.println(field.get(person)); //這裡的field就是id屬性,打印person對象的id屬性的值
}

(2)獲得全部成員變量

@Test
public void test8() throws Exception{
    Class clazz1 = Class.forName("reflect.Person");
    //獲得實例對象
    Person person = (Person) clazz1.newInstance();
    person.setId("person1");
    person.setName("person1_name");
    Field[] fields = clazz1.getDeclaredFields();
    for (Field f : fields) {
        //打開private成員變量的可訪問權限
        f.setAccessible(true);
        System.out.println(f+ ":" + f.get(person));
    }
}

  

3.4、獲取方法並使用method

(1)使用Class.getMethod(String, Class…) 和 Class.getDeclaredMethod(String, Class…)方法可以獲取類中的指定方法,如果為私有方法,則需要打開一個權限。setAccessible(true);用invoke(Object, Object…)可以調用該方法。如果是私有方法而使用的是getMethod方法來獲得會拋出NoSuchMethodException

@Test
public void test9() throws Exception{
    Class clazz1 = Class.forName("reflect.Person");
    //獲得實例對象
    Person person = (Person) clazz1.newInstance();
    person.setName("Person");
    //①不帶參數的public方法
    Method playBalls = clazz1.getMethod("playBalls");
    //調用獲得的方法,需要指定是哪一個對象的
    playBalls.invoke(person);

    //②帶參的public方法:第一個參數是方法名,後面的可變參數列表是參數類型的Class類型
    Method sing = clazz1.getMethod("sing",String.class);
    //調用獲得的方法,調用時候傳遞參數
    sing.invoke(person,"HaHaHa...");

    //③帶參的private方法:使用getDeclaredMethod方法
    Method dance = clazz1.getDeclaredMethod("dance", String.class);
    //調用獲得的方法,需要先設置權限為可訪問
    dance.setAccessible(true);
    dance.invoke(person,"HaHaHa...");
}

(2)獲得所有方法(不包括構造方法)

@Test
public void test10() throws Exception{
    Class clazz1 = Class.forName("reflect.Person");
    //獲得實例對象
    Person person = (Person) clazz1.newInstance();
    person.setName("Person");
    Method[] methods = clazz1.getDeclaredMethods();
    for (Method method: methods) {
        System.out.print("方法名" + method.getName() + "的參數是:");
        //獲得方法參數
        Class[] params = method.getParameterTypes();
        for (Class c : params) {
            System.out.print(c.getName() + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

3.5、獲得該類的所有接口

Class[] getInterfaces():確定此對象所表示的類或接口實現的接口,返回值:接口的字節碼文件對象的數組

@Test
public void test11() throws Exception{
    Class clazz1 = Class.forName("reflect.Person");
    Class[] interfaces = clazz1.getInterfaces();
    for (Class inter : interfaces) {
        System.out.println(inter);
    }
}

3.6、獲取指定資源的輸入流

InputStreamgetResourceAsStream(String name),返回值:一個 InputStream 對象;如果找不到帶有該名稱的資源,則返回null;參數:所需資源的名稱,如果以”/”開始,則絕對資源名為”/”後面的一部分。

@Test
public void test12() throws Exception {
    ClassLoader loader = this.getClass().getClassLoader();
    System.out.println(loader);//[email protected] ,應用程序類加載器
    System.out.println(loader.getParent());//[email protected] ,擴展類加載器
    System.out.println(loader.getParent().getParent());//null ,不能獲得啟動類加載器

    Class clazz = Person.class;//自定義的類
    ClassLoader loader2 = clazz.getClassLoader();
    System.out.println(loader2);//[email protected]

    //下面是獲得InputStream的例子
    ClassLoader inputStreamLoader = this.getClass().getClassLoader();
    InputStream inputStream = inputStreamLoader.getResourceAsStream("person.properties");
    Properties properties = new Properties();
    properties.load(inputStream);
    System.out.println("id:" + properties.get("id"));
    System.out.println("name:" + properties.get("name"));
}

其中properties文件內容

id = person001

name = person-name1

四、反射的應用之動態代理

代理模式在Java中應用十分廣泛,它說的是使用一個代理將對象包裝起來然後用該代理對象取代原始對象,任何原始對象的調用都需要通過代理對象,代理對象決定是否以及何時將方法調用轉到原始對象上。這種模式可以這樣簡單理解:你自己想要做某件事情(被代理類),但是覺得自己做非常麻煩或者不方便,所以就叫一個另一個人(代理類)來幫你做這個事情,而你自己隻需要告訴要做啥事就好瞭。上面我們講到瞭反射,在下面我們會說一說java中的代理

4.1、靜態代理

靜態代理其實就是程序運行之前,提前寫好被代理類的代理類,編譯之後直接運行即可起到代理的效果,下面會用簡單的例子來說明。在例子中,首先我們有一個頂級接口(ProductFactory),這個接口需要代理類(ProxyTeaProduct)和被代理類(TeaProduct)都去實現它,在被代理類中我們重寫需要實現的方法(action),該方法會交由代理類去選擇是否執行和在何處執行;被代理類中主要是提供頂級接口的的一個引用但是引用實際指向的對象則是實現瞭該接口的代理類(使用多態的特點,在代理類中提供構造器傳遞實際的對象引用)。分析之後,我們通過下面這個圖理解一下這個過程。

package proxy;

/**
 * 靜態代理
 */
//產品接口
interface ProductFactory {
    void action();
}

//一個具體產品的實現類,作為一個被代理類
class TeaProduct implements ProductFactory{
    @Override
    public void action() {
        System.out.println("我是生產茶葉的......");
    }
}

//TeaProduct的代理類
class ProxyTeaProduct implements ProductFactory {
    //我們需要ProductFactory的一個實現類,去代理這個實現類中的方法(多態)
    ProductFactory productFactory;

    //通過構造器傳入實際被代理類的對象,這時候代理類調用action的時候就可以在其中執行被代理代理類的方法瞭
    public ProxyTeaProduct(ProductFactory productFactory) {
        this.productFactory = productFactory;
    }

    @Override
    public void action() {
        System.out.println("我是代理類,我開始代理執行方法瞭......");
        productFactory.action();
    }
}
public class TestProduct {

    public static void main(String[] args) {
        //創建代理類的對象
        ProxyTeaProduct proxyTeaProduct = new ProxyTeaProduct(new TeaProduct());
        //執行代理類代理的方法
        proxyTeaProduct.action();
    }
}

那麼程序測試的輸出結果也很顯然瞭,代理類執行自己實現的方法,而在其中有調用瞭被代理類的方法

  

那麼我們想一下,上面這種稱為靜態代理的方式有什麼缺點呢?因為每一個代理類隻能為一個借口服務(因為這個代理類需要實現這個接口,然後去代理接口實現類的方法),這樣一來程序中就會產生過多的代理類。比如說我們現在又來一個接口,那麼是不是也需要提供去被代理類去實現它然後交給代理類去代理執行呢,那這樣程序就不靈活瞭。那麼如果有一種方式,就可以處理新添加接口的以及實現那不就更加靈活瞭嗎,在java中反射機制的存在為動態代理創造瞭機會

4.2、JDK中的動態代理

動態代理是指通過代理類來調用它對象的方法,並且是在程序運行使其根據需要創建目標類型的代理對象。它隻提供一個代理類,我們隻需要在運行時候動態傳遞給需要他代理的對象就可以完成對不同接口的服務瞭。看下面的例子。(JDK提供的代理正能針對接口做代理,也就是下面的newProxyInstance返回的必須要是一個接口)

package proxy;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

/**
 * JDK中的動態代理
 */
//第一個接口
interface TargetOne {
    void action();
}
//第一個接口的被代理類
class TargetOneImpl implements TargetOne{
    @Override
    public void action() {
        System.out.println("我會實現父接口的方法...action");
    }
}


//動態代理類
class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
    //接口的一個引用,多態的特性會使得在程序運行的時候,它實際指向的是實現它的子類對象
    private TargetOne targetOne;
    //我們使用Proxy類的靜態方法newProxyInstance方法,將代理對象偽裝成那個被代理的對象
    /**
     * ①這個方法會將targetOne指向實際實現接口的子類對象
     * ②根據被代理類的信息返回一個代理類對象
     */
    public Object setObj(TargetOne targetOne) {
        this.targetOne = targetOne;
        //    public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, //被代理類的類加載器
        //                                          Class<?>[] interfaces, //被代理類實現的接口
        //                                          InvocationHandler h) //實現InvocationHandler的代理類對象
        return Proxy.newProxyInstance(targetOne.getClass().getClassLoader(),targetOne.getClass().getInterfaces(),this);
    }
    //當通過代理類的對象發起對接口被重寫的方法的調用的時候,都會轉換為對invoke方法的調用
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("這是我代理之前要準備的事情......");
        /**
         *      這裡回想一下在靜態代理的時候,我們顯示指定代理類需要執行的是被代理類的哪些方法;
         *      而在這裡的動態代理實現中,我們並不知道代理類會實現什麼方法,他是根據運行時通過反射來
         *  知道自己要去指定被代理類的什麼方法的
         */
        Object returnVal = method.invoke(this.targetOne,args);//這裡的返回值,就相當於真正調用的被代理類方法的返回值
        System.out.println("這是我代理之後要處理的事情......");
        return returnVal;
    }
}
public class TestProxy {
    public static void main(String[] args) {
        //創建被代理類的對象
        TargetOneImpl targetOneImpl = new TargetOneImpl();
        //創建實現瞭InvocationHandler的代理類對象,然後調用其中的setObj方法完成兩項操作
        //①將被代理類對象傳入,運行時候調用的是被代理類重寫的方法
        //②返回一個類對象,通過代理類對象執行接口中的方法
        DynamicProxyHandler dynamicProxyHandler = new DynamicProxyHandler();
        TargetOne targetOne = (TargetOne) dynamicProxyHandler.setObj(targetOneImpl);
        targetOne.action(); //調用該方法運行時都會轉為對DynamicProxyHandler中的invoke方法的調用
    }
}

運行結果如下。現在我們對比jdk提供的動態代理和我們剛剛實現的靜態代理,剛剛說到靜態代理對於新添加的接口需要定義對應的代理類去代理接口的實現類。而上面的測試程序所使用的動態代理規避瞭這個問題,即我們不需要顯示的指定每個接口對應的代理類,有新的接口添加沒有關系,隻需要在使用的時候傳入接口對應的實現類然後返回代理類對象(接口實現類型),然後調用被代理類的方法即可。

  

五、動態代理與AOP簡單實現

5.1、AOP是什麼

AOP(Aspect Orient Programming)我們一般稱之為面向切面編程,作為一種面向對象的補充,用於處理系統中分佈於各個模塊的橫切關註點,比如事務管理、日志記錄等。AOP實現的關鍵在於AOP的代理(實際實現上有靜態代理和動態代理),我們下面使用JDK的動態代理的方式模擬實現下面的場景。

5.2、模擬實現AOP

我們先考慮下面圖中的情況和說明。然後我們使用動態代理的思想模擬簡單實現一下這個場景

package aop;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

//基於jdk的針對接口實現動態代理,要求的接口
interface Target {
    void login();

    void logout();
}

//被代理類
class TargetImpl implements Target {
    @Override
    public void login() {
        System.out.println("log......");
    }

    @Override
    public void logout() {
        System.out.println("logout......");
    }
}

class Util {
    public void printLog() {
        System.out.println("我是記錄打印日志功能的方法......");
    }

    public void getProperties() {
        System.out.println("我是獲取配置文件信息功能的方法......");
    }
}

//實現瞭InvocationHandler的統一代理類
class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
    private Object object;

    /**
     * 參數為obj,是應對對不同的被代理類,都能綁定與該代理類的代理關系
     * 這個方法會將targetOne指向實際實現接口的子類對象,即當前代理類實際要去代理的那個類
     */
    public void setObj(Object obj) {
        this.object = obj;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        Util util = new Util();
        util.getProperties();
        Object object = method.invoke(this.object, args); //這個方法是個動態的方法,可以是login,可以是logout,具體在測試調用中調用不同方法
        util.printLog();
        return object;
    }
}

//該類的主要作用就是動態的創建一個代理類的對象,同時需要執行被代理類
class MyDynamicProxyUtil {
    //參數obj表示動態的傳遞進來被代理類的對象
    public static Object getProxyInstance(Object object) {
        //獲取代理類對象
        DynamicProxyHandler dynamicProxyHandler = new DynamicProxyHandler();
        dynamicProxyHandler.setObj(object);
        //設置好代理類與被代理類之間的關系後,返回一個代理類的對象
        return Proxy.newProxyInstance(object.getClass().getClassLoader(), object.getClass().getInterfaces(), dynamicProxyHandler);
    }
}

public class TestAop {
    public static void main(String[] args) {
        //獲得被代理類
        Target target = new TargetImpl();
        //通過代理類工具類,設置實際與代理類綁定的被代理類,並返回一個代理類對象執行實際的方法
        Target execute = (Target) MyDynamicProxyUtil.getProxyInstance(target);
        execute.login();
        execute.logout();
    }
}

現在來分析一下上面的代碼,首先我們看一下下面的這個圖。在圖中動態代理增加的通用日志方法、配置文件方法就是增加的方法,他在執行用戶實際自己開發的方法之前、之後調用。對應於上面的程序就是Target接口的實現類實現的login、logout方法被代理類動態的調用,在他們執行之前會調用日志模塊和配置文件模塊的功能。

以上就是詳解Java中的反射機制和動態代理的詳細內容,更多關於Java 反射機制 動態代理的資料請關註WalkonNet其它相關文章!