谈谈Java反射:从入门到实践,再到原理

JAVA烂猪皮

共 7317字,需浏览 15分钟

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2021-04-25 21:53

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前言

反射是Java底层框架的灵魂技术,学习反射非常有必要,本文将从入门概念,到实践,再到原理讲解反射,希望对大家有帮助。

反射理解

官方解析

Oracle 官方对反射的解释是:

Reflection is commonly used by programs which require the ability to examine ormodify the runtime behavior of applications running in the Java virtual machine.This is a relatively advanced feature and should be used only by developers whohave a strong grasp of the fundamentals of the language. With that caveat inmind, reflection is a powerful technique and can enable applications to performoperations which would otherwise be impossible.

Java 的反射机制是指在运行状态中,对于任意一个类都能够知道这个类所有的属性和方法;并且对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法;这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能成为Java语言的反射机制。


白话理解


正射


万物有阴必有阳,有正必有反。既然有反射,就必有“正射”。


那么正射是什么呢?


我们在编写代码时,当需要使用到某一个类的时候,都会先了解这个类是做什么的。然后实例化这个类,接着用实例化好的对象进行操作,这就是正射。

Student student = new Student();student.doHomework("数学");

反射

反射就是,一开始并不知道我们要初始化的类对象是什么,自然也无法使用 new 关键字来创建对象了。

 Class clazz = Class.forName("reflection.Student"); Method method = clazz.getMethod("doHomework", String.class); Constructor constructor = clazz.getConstructor(); Object object = constructor.newInstance(); method.invoke(object, "语文");

正射与反射对比

以上两段代码,执行效果是一样的,如图





但是,其实现的过程还是有很大的差别的:

  • 第一段代码在未运行前就已经知道了要运行的类是Student

  • 第二段代码则是到整个程序运行的时候,从字符串reflection.Student,才知道要操作的类是Student


结论


反射就是在运行时才知道要操作的类是什么,并且可以在运行时获取类的完整构造,并调用对应的方法。


Class 对象理解

要理解Class对象,我们先来了解一下RTTI吧。RTTI(Run-Time Type Identification)运行时类型识别,其作用是在运行时识别一个对象的类型和类的信息。


Java是如何让我们在运行时识别对象和类的信息的?主要有两种方式:一种是传统的RRTI,它假定我们在编译期已知道了所有类型。另一种是反射机制,它允许我们在运行时发现和使用类的信息。


每个类都有一个Class对象,每当编译一个新类就产生一个Class对象(更恰当地说,是被保存在一个同名的.class文件中)。比如创建一个Student类,那么,JVM就会创建一个Student对应Class类的Class对象,该Class对象保存了Student类相关的类型信息。





Class类的对象作用是运行时提供或获得某个对象的类型信息


反射的基本使用


获取 Class 类对象


获取反射中的Class对象有三种方法。

第一种,使用 Class.forName 静态方法。

Class class1 = Class.forName("reflection.TestReflection");

第二种,使用类的.class 方法

Class class2 = TestReflection.class;

第三种,使用实例对象的 getClass() 方法。

TestReflection testReflection = new TestReflection();Class class3 = testReflection.getClass();

反射创造对象,获取方法,成员变量,构造器

本小节学习反射的基本API用法,如获取方法,成员变量等。

反射创造对象

通过反射创建类对象主要有两种方式:

实例代码:

//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);

运行结果:

反射获取类的构造器

看一个例子吧:

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

反射获取类的成员变量

看demo:

// student 一个私有属性age,一个公有属性emailpublic 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); }}

运行结果:

getField(String name) 根据参数变量名,返回一个具体的具有public属性的成员变量,如果该变量不是public属性,则报异常。

反射获取类的方法

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]); } }}

运行结果:

反射的实现原理

通过上一小节学习,我们已经知道反射的基本API用法了。接下来,跟着一个例子,学习反射方法的执行链路。

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) { //打印堆栈信息 new Exception("#" +str).printStackTrace(); System.out.println("invoke target method"); }}

堆栈信息反映出反射调用链路:

java.lang.Exception: #666invoke 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)

invoke方法执行时序图

我们跟着反射链路去看一下源码,先看Method的invoke方法:

public Object invoke(Object obj, Object... args)    throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,       InvocationTargetException{    //校验权限    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(); //获取MethodAccessor    }    //返回MethodAccessor.invoke    return ma.invoke(obj, args);}

由上可知道,Method 的 invoke 方法,其实是返回接口MethodAccessor的invoke方法。MethodAccessor接口有三个实现类,到底调用的是哪个类的 invoke 方法呢?




进入acquireMethodAccessor方法,可以看到MethodAccessor由ReflectionFactory 的 newMethodAccessor方法决定。



再进ReflectionFactory的newMethodAccessor方法,我们可以看到返回的是DelegatingMethodAccessorImpl对象,也就是说调用的是它的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,由它的子类NativeMethodAccessorImpl重写,这时候返回的是本地方法invoke0,如下



因此,Method的invoke方法,是由本地方法invoke0决定的,再底层就是c++相关了,有兴趣的朋友可以继续往下研究。


反射的一些应用以及问题


反射应用


反射是Java框架的灵魂技术,很多框架都使用了反射技术,如spring,Mybatis,Hibernate等。


JDBC 的数据库的连接


在JDBC连接数据库中,一般包括加载驱动,获得数据库连接等步骤。而加载驱动,就是引入相关Jar包后,通过Class.forName() 即反射技术,加载数据库的驱动程序。


Spring 框架的使用


Spring 通过 XML 配置模式装载 Bean,也是反射的一个典型例子。

装载过程:

  • 将程序内XML 配置文件加载入内存中

  • Java类解析xml里面的内容,得到相关字节码信息

  • 使用反射机制,得到Class实例

  • 动态配置实例的属性,使用


这样做当然是有好处的:


不用每次都去new实例了,并且可以修改配置文件,比较灵活。


反射存在的问题


性能问题


java反射的性能并不好,原主要是编译器没法对反射相关的代码做优化。

安全问题

我们知道单例模式的设计过程中,会强调将构造器设计为私有,因为这样可以防止从外部构造对象。但是反射可以获取类中的域、方法、构造器,修改访问权限。所以这样并不一定是安全的。

看个例子吧,通过反射使用私有构造器实例化。

public class Student {    private String name;    private Student(String name) {        System.out.println("我是私有构造器,我被实例化了");        this.name = name;    }    public void doHomework(String subject) {        System.out.println("我的名字是" + name);        System.out.println("我在做"+subject+"作业");    }}public class TestReflection {    public static void main(String[] args) throws Exception {        Class clazz = Class.forName("reflection.Student");        // 获取私有构造方法对象        Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);        // true指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查。        constructor.setAccessible(true);        Student student = (Student) constructor.newInstance("jay@huaxiao");        student.doHomework("数学");    }}

运行结果:

显然,反射不管你是不是私有,一样可以调用。所以,使用反射通常需要程序的运行没有安全限制。如果一个程序对安全性有强制要求,最好不要使用反射啦。





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