Java-反射

1、动态语言和静态语言

  • 动态语言
    1、c#，php，python，JavaScript等！都属于动态语言。
    2、概念：在程序运行中可以改变程序的结构和逻辑。
  • 静态语言
    1、c++，java等！属于静态语言。
    2、概念：在程序运行时就不能改了，只能重新运行。

  • 图片介绍
    静态vs动态语言.png

2、反射

  • Reflection(反射)是Java被视为动态语言的关键
  • 反射机制允许程序执行期借助于Reflection API取得任何类的内部信息并能直接操作任意对象的内部属性及方法
  • 加载完类之后，在堆内存中会生成一个class对象（一个类只有一个对象），这个对象包含了完整的类结构信息，通过对象可以看到类的结构，这个对象就想一面镜子一样可以看到类的结构，所有我们形象的称之为：反射
  • 通过下面的代码中获取hashcode可以看出一个类只能生成一个对象
        Class<?> aClass = Class.forName("com.tools.server.Reflection.Test04_反射");
        Class<?> aClass1 = Class.forName("com.tools.server.Reflection.Test04_反射");
        Class<?> aClass2 = Class.forName("com.tools.server.Reflection.Test04_反射");
        System.out.println(aClass.hashCode());
        System.out.println(aClass1.hashCode());
        System.out.println(aClass2.hashCode());

打印：
471910020
471910020
471910020

  • 图片介绍
    正常方式vs反射方式.png

3、Java反射机制提供的功能

  • 在运行时判断任意一个对象所属的类
  • 在运行时构造任意一个类的对象
  • 在运行时判断任意一个类所拥有的成员变量和方法
  • 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
  • 在运行时获取泛型信息
  • 在运行时处理注解
  • 生成动态代理
  • .............

4、Java反射优点和缺点

  • 优点
    1、可以实现动态创建对象和编译
  • 缺点
    1、对性能有影响。
    2、使用反射基本上是一种解释操作，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且它满足我们的要求。
    3、这种操作总是慢于 直接执行相同的操作
    4、反射出来的对象相比new出来的对象，相差十几倍

5、反射相关的主要API

  • java.lang.Class：代表一个类
  • java.lang.reflect.Method：代表类的方法
  • java.lang.reflect.Field：代表类的成员变量
  • java.lang.reflect.Constructor：代表类的构造器
  • ................

6、Class类（678910做为class了解）

  • 对象照镜子后可以得到的信息：某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。 对于每个类而言，JRE都为其保留一个不变的Class类型的对象。 一个Class对象包含了特定某个结构（class/interface/enum/annotation/primitive type/void/[]）的有关信息。
  • Class本身也是一个类
  • Class对象只能由系统建立对象
  • 一个加载的类在JVM中只会有一个Class实例
  • 一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件
  • 每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例所生成
  • 通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的构造
  • Class类是Reflection的根源，针对任何你想动态加载、运行的类，只能先获得相应的Class对象
  • Class类的常用方法
    • newInstance()方法本质是调用了无参构造器
      a) 类必须有一个无参数的构造器
      b) 类的构造器的访问权限需要足够
  • Class类的几种创建方式
//Class类的创建方式
        //方式1、将类的路径作为参数，可能抛出ClassNotFoundException
        Class<?> aClass = Class.forName("com.tools.server.Reflection.User");

        //方式2、最安全可靠，性能高
        Class<User> aClass2 = User.class;

        //方式3、调用某个类的实例的getClass()方法获取
        User user = new User(1,20,"whl");
        Class<? extends User> aClass3 = user.getClass();

        System.out.println(aClass.hashCode());
        System.out.println(aClass2.hashCode());
        System.out.println(aClass3.hashCode());
        //打印结果：
        //          531885035
        //          531885035
        //          531885035
  • 所有类型的Class
        Class c1 = Object.class;//类
        Class c2 = Comparable.class;//接口
        Class c3 = String[].class;//一维数组
        Class c4 = int[][].class;//二维数组
        Class c5 = void.class;//空类型
        Class c6 = Override.class;//注解
        Class c7 = ElementType.class;//枚举
        Class c8 = Integer.class;//基本数据类型

        System.out.println("c1："+c1);    class java.lang.Object
        System.out.println("c2："+c2);    interface java.lang.Comparable
        System.out.println("c3："+c3);    class [Ljava.lang.String;
        System.out.println("c4："+c4);    class [[I
        System.out.println("c5："+c5);    void
        System.out.println("c6："+c6);    interface java.lang.Override
        System.out.println("c7："+c7);    class java.lang.annotation.ElementType
        System.out.println("c8："+c8);    class java.lang.Integer

7、类加载内存分析

  • Java内存分析
    • 堆
      a) 存放new的对象和数组
      b) 可以被所有的线程共享，不会存放别的对象引用(某个类的实例，一个引用可以指向多个对象)
    • 栈
      a) 存放基本变量类型（会包含这个基本类型的具体数值）
      b) 引用对象的变量（会存放这个引用在堆中具体的位置）
    • 方法区
      a) 可以被所有线程共享
      b) 包含了所有的class和static变量
    • 最后总结，在java虚拟机中，对象的引用是存在栈中的，而对象是存放在堆中的
  • 类的加载过程

    • 触发前景：当程序主动使用某个类时，如果该类未被加载到内存中，则系统会通过如下三个步骤来对该类进行初始化。

  • 类的加载与ClassLoader的理解
  • 代码实现
public class Test06 {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println(a.m);
        /*
        1.加载到内存，会产生一个类对应Class对象
        2.链接，链接结束后 m = 0
        3.初始化
            <clinit>(){
                System.out.println("静态代码块初始化");
                System.out.println("A方法无参构造初始化");
                m = 200;
                m = 100;
            }
         */
    }
}
class A{
    public A(){
        System.out.println("A方法无参构造初始化");
    }
    static{
        System.out.println("静态代码块初始化");
        m = 200;
    }
    static int m = 100;
}

1、方法区：先加载Test06类的信息
2、方法区：在加载A类的信息
3、堆：生成Test06和A类的class对象
4、栈：main方法初始化m=0，链接完毕，执行new A()
5、堆：new A()：A类的对象可以代替(3、)去方法区找A类的信息
6、方法区：将类的初始值和静态代码块合并执行，返回到栈

  • 初始化过程

8、什么时候会发生类初始化？

  • 类的主动引用（一定会发生类的初始化）
    • 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类
    • new一个类的对象
    • 调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法
    • 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
    • 当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化他的父类
  • 类的被动引用（不会发生类的初始化）
    • 当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化。如：当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化
    • 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
    • 引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）
  • 代码测试
public class Test07_分析类的初始化 {
    
    static {
        System.out.println("main类被加载");
    }
    
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //主动引用
        //1、他会先加载父类，在加载子类
        Son son = new Son();
        //2、反射会引发主动引用：他使用java.lang.reflect包中的方法了
        Class.forName("com.tools.server.Reflection.Son");
        //3、调用类的静态方法
        Son.method_s();

        //被动引用
        //1、引用父类的静态变量或静态方法:不会导致子类初始化
        System.out.println(Son.b);
        Son.method_f();
        //2、数组定义类引用
        Son[] array = new Son[9];
        //3、引用常量
        System.out.println(Son.A);
    }
}
class Father{
    static int b = 2;
    static {
        System.out.println("父类被加载！");
    }
    public static void method_f(){
        System.out.println("method_f！");
    }
}
class Son extends Father{
    static int m = 100;
    static {
        System.out.println("子类被加载");
    }
    static final int A = 1;
    public static void method_s(){
        System.out.println("method_f！");
    }
}

9、类加载器

类加载器的作用.png
        //获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);

        //获取系统类加载器的父类加载器-->扩展类加载器
        ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);

        //获取扩展类的父类加载器-->根加载器(c/c++)
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);//引导类加载器是java核心类库，无法直接获取

        //测试当前类是哪个加载器加载的
        ClassLoader classLoader = Class.forName("com.tools.server.Reflection.Test08_类加载器").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        //测试JDK内置的类是哪个加载器加载的
        ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//引导类加载器是java核心类库，无法直接获取

        //如何获得系统类加载器可以加载的路径
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

10、获取类运行时结构

        Class aClass = Class.forName("com.tools.server.Reflection.User");
        //获取类名
        System.out.println(aClass.getSimpleName());//获取类名
        System.out.println(aClass.getName());//获取包名+类名
        /*打印：
            User
            com.tools.server.Reflection.User
         */

        //获取类的属性
        Field[] fields = aClass.getFields();//获取public属性
        Field[] fieldsall = aClass.getDeclaredFields();//获取全部的属性
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        for (int i = 0; i < fieldsall.length; i++) {
            System.out.println(fieldsall[i]);
        }
        /*打印：
            private int com.tools.server.Reflection.User.id
            private int com.tools.server.Reflection.User.age
            private java.lang.String com.tools.server.Reflection.User.name
         */

        //获取指定属性
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        System.out.println(aClass.getDeclaredField("name"));
        /*打印：
            private java.lang.String com.tools.server.Reflection.User.name
         */

        //获取类的方法
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        Method[] declaredMethodsall = aClass.getMethods();//获取本类和父类所有的public方法
        Method[] declaredMethods = aClass.getDeclaredMethods();
        for (int i = 0; i < declaredMethods.length; i++) {
            System.out.println(declaredMethods[i]);//获取本类的所有方法
        }
        /*打印：
            public java.lang.String com.tools.server.Reflection.User.toString()
            public java.lang.String com.tools.server.Reflection.User.getName()
            public void com.tools.server.Reflection.User.setName(java.lang.String)
            public int com.tools.server.Reflection.User.getId()
            public void com.tools.server.Reflection.User.setId(int)
            public int com.tools.server.Reflection.User.getAge()
            public void com.tools.server.Reflection.User.setAge(int)
            public void com.tools.server.Reflection.User.test()
         */

        //获取指定方法
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        System.out.println(aClass.getMethod("getAge", null));
        System.out.println(aClass.getMethod("setAge", int.class));
        /*打印：
            public int com.tools.server.Reflection.User.getAge()
            public void com.tools.server.Reflection.User.setAge(int)
         */

        //获取类全部的构造器
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        Constructor[] constructors = aClass.getConstructors();//获取本类构造器的public方法
        Constructor[] constructorsall = aClass.getDeclaredConstructors();//获取本类构造器的全部方法
        for (int i = 0; i < constructors.length; i++) {
            System.out.println(constructors[i]);
        }
        /*打印：
            public com.tools.server.Reflection.User(int,int,java.lang.String)
            public com.tools.server.Reflection.User()
         */

        //获取指定的构造器
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        Constructor declaredConstructor = aClass.getConstructor(int.class, int.class, String.class);
        System.out.println(declaredConstructor);
        /*打印：
            public com.tools.server.Reflection.User(int,int,java.lang.String)
         */

11、动态创建对象执行方法（通过反射创建对象）

  • 调用指定方法
  • 取消安全检测setAccessible()方法
  • 代码测试
        //获取class对象
        Class aClass = Class.forName("com.tools.server.Reflection.User");

        //构造一个对象
        User user = (User) aClass.newInstance();//本质是调用了无参构造器，如果类中没有无参构造器就会报错
        System.out.println(user);

        //通过构造器构造一个对象
        Constructor constructor = aClass.getDeclaredConstructor(int.class,int.class,String.class);//参数顺序不能变
        User user2 = (User) constructor.newInstance( 001, 18,"wyz");//参数顺序不能变，否则异常
        System.out.println(user2);

        //通过反射调用普通方法
        User user3 = (User) aClass.newInstance();
        System.out.println(user3.getName());
        //通过反射获取一个方法
        Method setName = aClass.getDeclaredMethod("setName", String.class);
        setName.invoke(user3,"whl");//invoke(激活)传递参数（对象，值）
        System.out.println(user3.getName());

        //通过反射操作属性
        User user4 = (User) aClass.newInstance();
        Field name = aClass.getDeclaredField("name");
        name.setAccessible(true);//取消安全检测，不加他访问不了private方法
        name.set(user4,"whl2");
        System.out.println(user4.getName());

12、性能对比

  • 正常方式
        User user = new User();
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            user.getName();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(endTime-startTime+" ms");//打印：4ms
  • 安全检测
        User user = new User();
        Class<?> aClass = Class.forName("com.tools.server.Reflection.User");//class获取对象
        Method getName = aClass.getDeclaredMethod("getName", null);//获取方法
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            getName.invoke(user,null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(endTime-startTime+" ms");//打印：47ms
  • 关闭安全检测
        User user = new User();
        Class<?> aClass = Class.forName("com.tools.server.Reflection.User");//class获取对象
        Method getName = aClass.getDeclaredMethod("getName", null);//获取方法
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            getName.invoke(user,null);
            getName.setAccessible(true);//关闭安全检测
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(endTime-startTime+" ms");//打印：17ms
  • 总结
    如果程序中反射用的多的话，可以使用关闭安全检测提升效率！

通过反射还可以获取泛型、注解等，个人觉得没意义就不做展示了

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