java之反射机制

假设现在我们有一张动漫的图片，我们通过这张图片，在大脑中搜索有关记忆，就清楚这张图片是什么动漫里的谁；假设我们现在有一个名字，在大脑中搜索有关记忆，就自然而然地想到了该名字人物的具体形象，这种思维过程就是反射。

假设一个类已经加载进JVM，那么，给定该类名，我们就可以通过反射来获取该类的相应信息。

具体定义：反射是被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期借助反射API取得任何类的内部信息，并能直接操作在任何对象的内部属性和方法。

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；

• 在运行时判断一个类所具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，生成动态代理；

反射相关的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：代表类的构造方法

一.class类

在Object类中定义了以下的方法，此方法将被所有子类继承：public final Class getClass()。

以上方法返回值是一个Class类，此类是java反射的源头，实际上所谓反射从程序的运行结果来看也很好理解，即：通过对象反射求出类的名称。

反射可以得到的信息：某个类的属性、方法、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Class类型的对象。一个Class对象包含了特定某个类的有关信息。

• Class本身也是一个类；

• Class对象只能由系统建立；

• 一个类在JVM中只含有一个实例；

• 一个Class对象对应的是一个加载进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完整结构；

实例化Class类的四种方式：

• Class clazz = String.Class();通过类名.class()

• Class clazz = p.getClass();通过对象的实例.getClass()

• Class clazz = Class.forName("java.lang.String);已知一个类的全类名，且在该类的类路径下，可用过forName()获取

• ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();

• Class clazz4 = cl.loadClass("类的全类名");

二、通过反射调用类的完整结构

Person.java

package ref;

public class Person {
    public String name;
    public int age;
}

Move.java

package ref;

interface Move {
    void move();
}

Study.java

package ref;

public interface Study {
    void study();
}    

Student.java

package ref;

public class Student extends Person implements Move,Study{
    
    public String school;
　 private String privateField;
    public void showInfo() {
        System.out.println("学校是"+this.school);
    }

    @Override
    public void study() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("学习到中学的知识");
    }

    @Override
    public void move() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("骑自行车上学");
    }
    
    public Student() {
        System.out.println("调用的是Student()");
    }
    
    public Student(String school) {
        this.school = school;
        System.out.println("调用的是Student(String school)");
    }
    private Student(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        System.out.println("调用的是Student(String name,int age)");
    }
    
    private void test(String name) {}
    public String testGetSchool() {
        return school;
    }

}

test.java

package ref;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //这里是相关代码
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

1.获取类的父类和接口

Class clazz = Class.forName("ref.Student");
Class superClass = clazz.getSuperclass();
 //获取父类的名字
System.out.println("父类："+superClass.getName());
//获取实现的接口
Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
for(Class itf:interfaces) {
    System.out.println("接口名字："+itf.getName());
 }

结果如下

父类：ref.Person
接口名字：ref.Move
接口名字：ref.Study

2.获取类的构造方法

//获取公有的构造方法
           Constructor[] cons = clazz.getConstructors();
           for(Constructor con:cons) {
               System.out.println("--------------------------");
               System.out.println("构造方法："+con.getName());//获取构造方法名称
               //返回1代表public
               System.out.println("构造方法修饰符："+con.getModifiers());//获取构造方法修饰符
               //获取构造方法的参数类型
               Class[] parameterClass = con.getParameterTypes();
               for(Class param:parameterClass){
                   System.out.println("构造方法："+con.getName()+"的参数类型为"+param.getName());
               }
               System.out.println("--------------------------");
           }
           //获取私有的构造方法
           Constructor[] cons2 = clazz.getDeclaredConstructors();
           for(Constructor con:cons2) {
               System.out.println("--------------------------");
               System.out.println("构造方法："+con.getName());//获取构造方法名称
               System.out.println("构造方法修饰符："+con.getModifiers());//获取构造方法修饰符
               //获取构造方法的参数类型
               Class[] parameterClass = con.getParameterTypes();
               for(Class param:parameterClass){
                   System.out.println("构造方法："+con.getName()+"的参数类型为"+param.getName());
               }
               System.out.println("--------------------------");
           }

结果如下：

--------------------------
构造方法：ref.Student
构造方法修饰符：1
--------------------------
--------------------------
构造方法：ref.Student
构造方法修饰符：1
构造方法：ref.Student的参数类型为java.lang.String
--------------------------



--------------------------
构造方法：ref.Student
构造方法修饰符：1
--------------------------
--------------------------
构造方法：ref.Student
构造方法修饰符：2
构造方法：ref.Student的参数类型为java.lang.String
构造方法：ref.Student的参数类型为int
--------------------------
--------------------------
构造方法：ref.Student
构造方法修饰符：1
构造方法：ref.Student的参数类型为java.lang.String
--------------------------

3.通过反射来创建对象

//相当于调用无参构造方法
              Object obj = clazz.newInstance();
              Student stu = (Student) obj;
              //相当于调用Student(String school)构造方法
              Constructor con = clazz.getConstructor(String.class);
              Student stu1 = (Student) con.newInstance("一中");
              //通过反射机制可以强制获取私有方法
              Constructor con2 = clazz.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
              //解除私有的封装
              con2.setAccessible(true);
              Student stu2 = (Student) con2.newInstance("jack",23);
              System.out.println(stu2.name);
              System.out.println(stu2.age);  

结果如下：

调用的是Student()
调用的是Student(String school)
调用的是Student(String name,int age)
jack
23

4.获取类的方法

//获取所有公有方法
            Method[] ms = clazz.getMethods();
            for(Method m:ms) {
                System.out.println("--------------------------");
                System.out.println("方法名："+m.getName());
                System.out.println("返回值类型："+m.getReturnType());
                System.out.println("修饰符："+m.getModifiers());
                Class[] mrs = m.getParameterTypes();
                if(mrs!=null && mrs.length>0) {
                    for(Class mr:mrs){    
                        System.out.println("方法参数类型："+mr.getName());
                    }
                }
                System.out.println("--------------------------");
            }
            //获取所有方法,包括公有和私有
            Method[] ms2 = clazz.getDeclaredMethods();
            for(Method m:ms2) {
                System.out.println("--------------------------");
                System.out.println("方法名："+m.getName());
                System.out.println("返回值类型："+m.getReturnType());
                System.out.println("修饰符："+m.getModifiers());
                Class[] mrs = m.getParameterTypes();
                if(mrs!=null && mrs.length>0) {
                    for(Class mr:mrs){    
                        System.out.println("方法参数类型："+mr.getName());
                    }
                }
                System.out.println("--------------------------");
            }

结果如下

--------------------------
方法名：showInfo
返回值类型：void
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
方法名：study
返回值类型：void
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
方法名：move
返回值类型：void
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
方法名：testGetSchool
返回值类型：class java.lang.String
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
方法名：wait
返回值类型：void
修饰符：17
--------------------------
--------------------------
方法名：wait
返回值类型：void
修饰符：17
方法参数类型：long
方法参数类型：int
--------------------------
--------------------------
方法名：wait
返回值类型：void
修饰符：273
方法参数类型：long
--------------------------
--------------------------
方法名：equals
返回值类型：boolean
修饰符：1
方法参数类型：java.lang.Object
--------------------------
--------------------------
方法名：toString
返回值类型：class java.lang.String
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
方法名：hashCode
返回值类型：int
修饰符：257
--------------------------
--------------------------
方法名：getClass
返回值类型：class java.lang.Class
修饰符：273
--------------------------
--------------------------
方法名：notify
返回值类型：void
修饰符：273
--------------------------
--------------------------
方法名：notifyAll
返回值类型：void
修饰符：273
--------------------------


--------------------------
方法名：test
返回值类型：void
修饰符：2
方法参数类型：java.lang.String
--------------------------

--------------------------
方法名：showInfo
返回值类型：void
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
方法名：study
返回值类型：void
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
方法名：move
返回值类型：void
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
方法名：testGetSchool
返回值类型：class java.lang.String
修饰符：1
--------------------------

5.获取类的属性

//获取公有属性
            Field[] fs = clazz.getFields();
            for(Field f:fs) {
                System.out.println("--------------------------");
                System.out.println("属性名："+f.getName());
                System.out.println("属性类型："+f.getType());
                System.out.println("修饰符："+f.getModifiers());
                System.out.println("--------------------------");
            }
            //获取所有属性
            Field[] fs2 = clazz.getDeclaredFields();
            for(Field f:fs2) {
                System.out.println("--------------------------");
                System.out.println("属性名："+f.getName());
                System.out.println("属性类型："+f.getType());
                System.out.println("修饰符："+f.getModifiers());
                System.out.println("--------------------------");
            }

结果如下：

-------------------------
属性名：school
属性类型：class java.lang.String
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
属性名：name
属性类型：class java.lang.String
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
属性名：age
属性类型：int
修饰符：1
--------------------------


--------------------------
属性名：school
属性类型：class java.lang.String
修饰符：1
--------------------------
--------------------------
属性名：privateField
属性类型：class java.lang.String
修饰符：2
--------------------------

6.获取类所在的包

            //获取类所在的包
            Package p = clazz.getPackage();
            System.out.println(p.getName());

三、通过反射来调用类中指定的方法和属性

向Student.java中插入以下方法：

private void test(String name) {
        System.out.println("这是私有的test(String name)方法");
    }

    public void setInfo(String name,String school) {
        this.name = name;
        this.school = school;
        System.out.println("这是公有的setInfo(String name,String school)方法");
    }
    public void setInfo(int age) {
        this.age = age;
        System.out.println("这是公有的setInfo(int age)方法");
    }

1.调用类中指定的方法

Constructor con = clazz.getConstructor();
                Object obj = con.newInstance();
                //先获取到方法
                Method m = clazz.getMethod("setInfo", String.class,String.class);
                //再进行调用
                m.invoke(obj, "tom","三中");
                //如果想调用私有的方法
                Method m2 = clazz.getDeclaredMethod("test", String.class);
                m2.setAccessible(true);
                m2.invoke(obj, "jack");
                //调用重载的方法
                Method m3 = clazz.getMethod("setInfo", int.class);
                m3.invoke(obj, 12);
                //调用具有返回值的方法
                Method m4 = clazz.getMethod("testGetSchool");
                String school = (String) m4.invoke(obj);
                System.out.println(school);

结果如下：

调用的是Student()
这是公有的setInfo(String name,String school)方法
这是私有的test(String name)方法
这是公有的setInfo(int age)方法

2.调用类中指定的属性

Constructor con = clazz.getConstructor();
Object obj = con.newInstance();
Student stu = (Student) obj;
Field f = clazz.getField("school");
//对stu属性school设置值
f.set(stu,"第三中学");
String school = (String) f.get(stu);
System.out.println(school);
//如果是私有的属性
Field f2 = clazz.getDeclaredField("privateField");
f2.setAccessible(true);
f2.set(stu,"私有属性");
String privateField = (String) f2.get(stu);
System.out.println(privateField);

结果如下：

调用的是Student()
第三中学
私有属性

java之动态代理设计模式

代理：专门完成代理请求的操作类，是所有动态代理类的父类，通过此类为一个或多个接口动态地生成实现类。

具体实例：通过动态代理为TestProxy接口生成相应的实现类。

TestProxy.java

package Prox;

public interface TestProxy {
    public void test1();
    public void test2();
}

TestProxyImpl.java

package Prox;

public class TestProxyImpl implements TestProxy {

    @Override
    public void test1() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("执行test1");
    }

    @Override
    public void test2() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("执行test2");
    }
    
}

ProxyDemo.java

package Prox;

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

//这是动态代理类
public class ProxyDemo implements InvocationHandler{
    
    //被代理的对象
    Object obj;
    public ProxyDemo(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }
    
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // TODO Auto-generated method stub
        //这里指定代理对象的执行方法
        System.out.println(method.getName()+"方法开始执行");
        Object result = method.invoke(this.obj,args);
        System.out.println(method.getName()+"方法结束执行");
        return result;
    }

}

Test.java

package Prox;

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

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        TestProxy testProxy = new TestProxyImpl();
        testProxy.test1();
        testProxy.test2();
        InvocationHandler handler = new ProxyDemo(testProxy);
        //第一个参数是handler.getClass().getClassLoader()类加载器
        //第二个参数是被代理对象的接口
        //第三个参数是代理的对象
        //返回值就是被成功代理后的对象
        TestProxy tp = (TestProxy) Proxy.newProxyInstance(handler.getClass().getClassLoader(), 
                testProxy.getClass().getInterfaces(), handler);
        System.out.println("---------------");
        tp.test1();
        System.out.println("---------------");
        tp.test2();
        System.out.println("---------------");
    }
    
}

输出如下结果：

执行test1
执行test2
---------------
test1方法开始执行
执行test1
test1方法结束执行
---------------
test2方法开始执行
执行test2
test2方法结束执行
---------------

关于作者

王硕，十年软件开发经验，业余产品经理，精通Java/Python/Go等，喜欢研究技术，著有《PyQt 5 快速开发与实战》《Python 3.* 全栈开发》，多个业余开源项目托管在GitHub上，欢迎微博交流：