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[Java知识库]【Java自用】高级编程-8.反射机制

高级编程阶段的最后一章~~~~~~~~~ JavaSE终于要结束了。。。。。

在这里插入图片描述

Java的反射机制

一、反射的概述

1.本章的主要内容（红色需要掌握）

2.关于反射的理解

Reflection（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间借助于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。

框架 = 反射 + 注解 + 设计模式。

3.体会反射机制的“动态性”

//体会反射的动态性
@Test
public void test2(){

    for(int i = 0;i < 100;i++){

        int num = new Random().nextInt(bound:3);// 边界为3的随机数：0,1,2
        String classPath = "";

        switch(num){
            case 0:
                classPath = "java.util.Date";
                break;
            case 1:
                classPath = "java.lang.Object";
                break;
            case 2:
                classPath = "com.atguigu.java.Person";
                break;
        }

        try {
            Object obj = getInstance(classPath);
            System.out.println(obj);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


/*
创建一个指定类的对象。
classPath:指定类的全类名
 */
public Object getInstance(String classPath) throws Exception {
   Class clazz =  Class.forName(classPath); //获取Class实例
   return clazz.newInstance();  //创建classPath所对应的类的实例 空参构造器
}

4.反射机制能提供的功能

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具有的成员变量和方法
在运行时获取泛型信息
在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
在运行时处理注解
生成动态代理

5.相关API

java.lang.Class:反射的源头
java.lang.reflect.Method 方法
java.lang.reflect.Field 属性
java.lang.reflect.Constructor 构造器
…

代码举例：

构建一个Person类

public class Person {

    private String name;
    public int age;

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

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public Person(String name, int age) {

        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    private Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Person() {
        System.out.println("Person()");
    }

    public void show(){
        System.out.println("你好，我是一个人");
    }

    private String showNation(String nation){
        System.out.println("我的国籍是：" + nation);
        return nation;
    }
}

反射之前，对于Person的操作

@Test
public void test1() {

    //1.创建Person类的对象
    Person p1 = new Person("Tom", 12);

    //2.通过对象，调用其内部的属性、方法
    p1.age = 10;
    System.out.println(p1.toString());

    p1.show();

    //在Person类外部，不可以通过Person类的对象调用其内部私结构。
    //比如：name、showNation()以及私的构造器
}

反射之后，对于Person的操作

@Test
public void test2() throws Exception{
    Class clazz = Person.class;
    //1.通过反射，创建Person类的对象
    Constructor cons = clazz.getConstructor(String.class,int.class);
    Object obj = cons.newInstance("Tom", 12);
    Person p = (Person) obj;
    System.out.println(p.toString());
    //2.通过反射，调用对象指定的属性、方法
    //调用属性
    Field age = clazz.getDeclaredField("age");
    age.set(p,10);
    System.out.println(p.toString());

    //调用方法
    Method show = clazz.getDeclaredMethod("show");
    show.invoke(p);

    System.out.println("*******************************");

    //通过反射，可以调用Person类的私结构的。比如：私的构造器、方法、属性
    //调用私的构造器
    Constructor cons1 = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
    cons1.setAccessible(true);
    Person p1 = (Person) cons1.newInstance("Jerry");
    System.out.println(p1);

    //调用私的属性
    Field name = clazz.getDeclaredField("name");
    name.setAccessible(true);
    name.set(p1,"HanMeimei");
    System.out.println(p1);

    //调用私的方法
    Method showNation = clazz.getDeclaredMethod("showNation", String.class);
    showNation.setAccessible(true);
    String nation = (String) showNation.invoke(p1,"中国");//相当于String nation = p1.showNation("中国")
    System.out.println(nation);


}

疑问1：通过直接new的方式或反射的方式都可以调用公共的结构，开发中到底用那个？
建议：直接new的方式。
什么时候会使用：反射的方式。反射的特征：动态性

疑问2：反射机制与面向对象中的封装性是不是矛盾的？如何看待两个技术？
不矛盾。封装性解决建议怎么调用的问题，反射解决能不能调用的问题。

二、Class类的理解与获取Class的实例

1.Class类的理解 java.lang.Class类

类的加载过程：
程序经过javac.exe（编译）命令以后，会生成一个或多个字节码文件(.class结尾)。
接着我们使用java.exe（运行）命令对某个字节码文件进行解释运行。
相当于将某个字节码文件加载到内存中。此过程就称为类的加载。
加载到内存中的类，我们就称为运行时类，此运行时类，就作为Class的一个实例。
换句话说，Class的实例就对应着一个运行时类。
加载到内存中的运行时类，会缓存一定的时间。在此时间之内，我们可以通过不同的方式来获取此运行时类。
万事万物皆对象？对象.xxx,File,URL,反射,前端、数据库操作

2.获取Class实例的几种方式：（前三种方式需要掌握）

//方式一：调用运行时类的属性：.class
        Class clazz1 = Person.class;
        System.out.println(clazz1);

        //方式二：通过运行时类的对象,调用getClass()
        Person p1 = new Person();
        Class clazz2 = p1.getClass();
        System.out.println(clazz2);

        //方式三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)
        Class clazz3 = Class.forName("com.atguigu.java.Person");
//        clazz3 = Class.forName("java.lang.String");
        System.out.println(clazz3);

        System.out.println(clazz1 == clazz2);
        System.out.println(clazz1 == clazz3);

        //方式四：使用类的加载器：ClassLoader  (了解)
        ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
        Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.atguigu.java.Person");
        System.out.println(clazz4);

        System.out.println(clazz1 == clazz4); //判断地址值 指向同一个对象 true

3.总结：创建类的对象的方式?

方式一：new + 构造器
方式二：要创建Xxx类的对象，可以考虑：Xxx、Xxxs、XxxFactory、XxxBuilder类中查看是否有静态方法的存在。可以调用其静态方法，创建Xxx对象。
方式三：通过反射

4.Class实例可以是哪些结构的说明

class：外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类
interface：接口
[ ]：数组
enum：枚举
annotation：注解@interface
primitive type：基本数据类型
void

三、了解ClassLoader

1.类的加载过程----了解

在这里插入图片描述

2.类的加载器的作用

👉类加载的作用：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方
法区的运行时数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为
方法区中类数据的访问入口。

👉类缓存：标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器
中，它将维持加载（缓存）一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。

3.类的加载器的分类

在这里插入图片描述

了解类的加载器

@Test
public void test1(){
    //对于自定义类，使用   系统类加载器  进行加载
    ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
    System.out.println(classLoader);

    //调用系统类加载器的getParent()：获取扩展类加载器
    ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
    System.out.println(classLoader1);

    //调用扩展类加载器的getParent()：无法获取引导类加载器
    //引导类加载器主要负责加载java的核心类库，无法加载自定义类的。
    ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
    System.out.println(classLoader2);

    ClassLoader classLoader3 = String.class.getClassLoader();
    System.out.println(classLoader3);

}

/*
    Properties：用来读取配置文件。
     */
    @Test
    public void test2() throws Exception {

        Properties pros =  new Properties();
        //此时的文件默认在当前的module下。
        //读取配置文件的方式一：
//        FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
//        FileInputStream fis = new FileInputStream("src\\jdbc1.properties");
//        pros.load(fis);

        //读取配置文件的方式二：使用ClassLoader
        //配置文件默认识别为：当前module的src下
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");
        pros.load(is);


        String user = pros.getProperty("user");
        String password = pros.getProperty("password");
        System.out.println("user = " + user + ",password = " + password);
    }

4.Java类编译、运行的执行的流程

在这里插入图片描述

5.使用Classloader加载src目录下的配置文件

@Test
    public void test2() throws Exception {

        Properties pros =  new Properties();
        //此时的文件默认在当前的module下。
        //读取配置文件的方式一：
//        FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
//        FileInputStream fis = new FileInputStream("src\\jdbc1.properties");
//        pros.load(fis);

        //读取配置文件的方式二：使用ClassLoader
        //配置文件默认识别为：当前module的src下
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");
        pros.load(is);

        String user = pros.getProperty("user");
        String password = pros.getProperty("password");
        System.out.println("user = " + user + ",password = " + password);
    }

四、反射的应用

一、创建运行时类的对象

1.代码举例

Class<Person> clazz = Person.class;

Person obj = clazz.newInstance();
System.out.println(obj);

2.说明

newInstance():调用此方法，创建对应的运行时类的对象。内部调用了运行时类的空参的构造器。

要想此方法正常的创建运行时类的对象，要求：
1.运行时类必须提供空参的构造器
2.空参的构造器的访问权限得够。通常，设置为public。

在javabean中要求提供一个public的空参构造器。原因：
1.便于通过反射，创建运行时类的对象
2.便于子类继承此运行时类时，默认调用super()时，保证父类此构造器

二、获取运行时类的完整结构

（了解）

可以通过反射，获取对应的运行时类中所有的属性、方法、构造器、父类、接口、父类的泛型、包、注解、异常等。。。。

典型代码：

属性


@Test
public void test1(){

    Class clazz = Person.class;

    //获取属性结构
    //getFields():获取当前运行时类及其所有父类中声明为 public访问权限的属性
    Field[] fields = clazz.getFields();
    for(Field f : fields){
        System.out.println(f);
    }
    System.out.println();

    //getDeclaredFields():获取当前运行时类中声明的所有属性。（不包含父类中声明的属性）
    Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
    for(Field f : declaredFields){
        System.out.println(f);
    }
}

权限修饰符数据类型变量名


@Test
public void test2(){
    Class clazz = Person.class;

    Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
    for(Field f : declaredFields){
        //1.权限修饰符
        int modifier = f.getModifiers();
        System.out.print(Modifier.toString(modifier) + "\t");

        //2.数据类型
        Class type = f.getType();
        System.out.print(type.getName() + "\t");

        //3.变量名
        String fName = f.getName();
        System.out.print(fName);

        System.out.println();
    }


}

方法：


@Test
public void test1(){

    Class clazz = Person.class;

//getMethods():获取当前运行时类及其所有父类中声明为public权限的方法
    Method[] methods = clazz.getMethods();
    for(Method m : methods){
        System.out.println(m);
    }
    System.out.println();

//getDeclaredMethods():获取当前运行时类中声明的所有方法。（不包含父类中声明的方法）
    Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
    for(Method m : declaredMethods){
        System.out.println(m);
    }
}

/*
@Xxxx
权限修饰符返回值类型方法名(参数类型1 形参名1,…) throws XxxException{}
*/


@Test
public void test2(){
    Class clazz = Person.class;
    Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
    for(Method m : declaredMethods){

        //1.获取方法声明的注解
        Annotation[] annos = m.getAnnotations();
        for(Annotation a : annos){
            System.out.println(a);
        }

        //2.权限修饰符
        System.out.print(Modifier.toString(m.getModifiers()) + "\t");

        //3.返回值类型
        System.out.print(m.getReturnType().getName() + "\t");

        //4.方法名
        System.out.print(m.getName());
        System.out.print("(");

        //5.形参列表
        Class[] parameterTypes = m.getParameterTypes();
        if(!(parameterTypes == null && parameterTypes.length == 0)){
            for(int i = 0;i < parameterTypes.length;i++){

                if(i == parameterTypes.length - 1){
                    System.out.print(parameterTypes[i].getName() + " args_" + i);
                    break;
                }

                System.out.print(parameterTypes[i].getName() + " args_" + i + ",");
            }
        }

        System.out.print(")");

        //6.抛出的异常
        Class[] exceptionTypes = m.getExceptionTypes();
        if(exceptionTypes.length > 0){
            System.out.print("throws ");
            for(int i = 0;i < exceptionTypes.length;i++){
                if(i == exceptionTypes.length - 1){
                    System.out.print(exceptionTypes[i].getName());
                    break;
                }

                System.out.print(exceptionTypes[i].getName() + ",");
            }
        }

        System.out.println();
    }

}

获取构造器结构

   @Test
    public void test1(){

        Class clazz = Person.class;

        //getConstructors():获取当前运行时类中声明为public的构造器
        Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
        for(Constructor c : constructors){
            System.out.println(c);
        }

        System.out.println();

        //getDeclaredConstructors():获取当前运行时类中声明的所有的构造器
        Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor c : declaredConstructors){
            System.out.println(c);
        }

    }

    /*
    获取运行时类的父类
     */
    @Test
    public void test2(){
        Class clazz = Person.class;

        Class superclass = clazz.getSuperclass();
        System.out.println(superclass);
    }

    /*
    获取运行时类的带泛型的父类
     */
    @Test
    public void test3(){
        Class clazz = Person.class;

        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        System.out.println(genericSuperclass);
    }

    /*
    获取运行时类的带泛型的父类的泛型

    代码：逻辑性代码  vs 功能性代码
     */
    @Test
    public void test4(){
        Class clazz = Person.class;

        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;

        //获取泛型类型
        Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();
//        System.out.println(actualTypeArguments[0].getTypeName());
        System.out.println(((Class)actualTypeArguments[0]).getName());
    }

    /*
    获取运行时类实现的接口
     */
    @Test
    public void test5(){
        Class clazz = Person.class;

        Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
        for(Class c : interfaces){
            System.out.println(c);
        }

        System.out.println();

        //获取运行时类的父类实现的接口
        Class[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
        for(Class c : interfaces1){
            System.out.println(c);
        }

    }
    /*
        获取运行时类所在的包

     */
    @Test
    public void test6(){
        Class clazz = Person.class;

        Package pack = clazz.getPackage();
        System.out.println(pack);
    }

    /*
        获取运行时类声明的注解

     */
    @Test
    public void test7(){
        Class clazz = Person.class;

        Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
        for(Annotation annos : annotations){
            System.out.println(annos);
        }
    }

三、调用运行时类的指定结构（掌握）

调用指定的属性：

/*
如何操作运行时类中的指定的属性 -- 需要掌握
 */
@Test
public void testField1() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;

    //创建运行时类的对象
    Person p = (Person) clazz.newInstance();

    //1. getDeclaredField(String fieldName):获取运行时类中指定变量名的属性
    Field name = clazz.getDeclaredField("name");

    //2.保证当前属性是可访问的
    name.setAccessible(true);

    //3.获取、设置指定对象的此属性值
   //set():参数1：指明设置哪个对象的属性   参数2：将此属性值设置为多少
    name.set(p,"Tom");

    System.out.println(name.get(p));
}

调用指定的方法：

 /*
    如何操作运行时类中的指定的方法 -- 需要掌握
 */
    @Test
    public void testMethod() throws Exception {

        Class clazz = Person.class;

        //创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();

/*
1.获取指定的某个方法
getDeclaredMethod():参数1 ：指明获取的方法的名称  参数2：指明获取的方法的形参列表
*/
        Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);

        //2.保证当前方法是可访问的
        show.setAccessible(true);

        /*
3. 调用方法的invoke():参数1：方法的调用者  参数2：给方法形参赋值的实参

invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值。
         */
        Object returnValue = show.invoke(p,"CHN"); //String nation = p.show("CHN");
        System.out.println(returnValue);

        System.out.println("*************如何调用静态方法*****************");

        // private static void showDesc()

        //
        Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
        //
        showDesc.setAccessible(true);

        //如果调用的运行时类中的方法没有返回值，则此invoke()返回null
//        Object returnVal = showDesc.invoke(null);
        Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
        System.out.println(returnVal);//null

    }

调用指定的构造器：(不需要掌握)

@Test
public void testConstructor() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;

    //private Person(String name)
    /*
    1.获取指定的构造器
    getDeclaredConstructor():参数：指明构造器的参数列表
     */

    Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);

    //2.保证此构造器是可访问的
    constructor.setAccessible(true);

    //3.调用此构造器创建运行时类的对象
    Person per = (Person) constructor.newInstance("Tom");
    System.out.println(per);

}

四、动态代理

1.代理模式的原理：

使用一个代理将对象包装起来, 然后用该代理对象取代原始对象。
任何对原始对象的调用都要通过代理。代理对象决定是否以及何时将方法调用转到原始对象上。

2.静态代理

2.1 举例：

实现Runnable接口的方法创建多线程。

Class MyThread implements Runnable{} //相当于被代理类
Class Thread implements Runnable{} //相当于代理类

main(){
MyThread t = new MyThread();
Thread thread = new Thread(t);
thread.start();//启动线程；调用线程的run()
}

2.2 静态代理的缺点：

① 代理类和目标对象的类都是在编译期间确定下来，不利于程序的扩展。
② 每一个代理类只能为一个接口服务，这样一来程序开发中必然产生过多的代理。

3.动态代理的特点：

动态代理是指客户通过代理类来调用其它对象的方法，并且是在程序运行时根据需要动态创建目标类的代理对象。

4.动态代理的实现

4.1 需要解决的两个主要问题：

问题一：如何根据加载到内存中的被代理类，动态的创建一个代理类及其对象。
（通过Proxy.newProxyInstance()实现）
问题二：当通过代理类的对象调用方法a时，如何动态的去调用被代理类中的同名方法a。
(通过InvocationHandler接口的实现类及其方法invoke())

4.2 代码实现：

/**
 * 动态代理的举例
 */

interface Human{

    String getBelief();

    void eat(String food);

}

//被代理类
class SuperMan implements Human{


    @Override
    public String getBelief() {
        return "I believe I can fly!";
    }

    @Override
    public void eat(String food) {
        System.out.println("我喜欢吃" + food);
    }
}

class HumanUtil{

    public void method1(){
        System.out.println("====================通用方法一====================");

    }

    public void method2(){
        System.out.println("====================通用方法二====================");
    }

}


class ProxyFactory{
    //调用此方法，返回一个代理类的对象。解决问题一
    public static Object getProxyInstance(Object obj){//obj:被代理类的对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();

        handler.bind(obj);

        return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),obj.getClass().getInterfaces(),handler);
    }

}

class MyInvocationHandler implements InvocationHandler{

    private Object obj;//需要使用被代理类的对象进行赋值

    public void bind(Object obj){
        this.obj = obj;
    }

    //当我们通过代理类的对象，调用方法a时，就会自动的调用如下的方法：invoke()
    //将被代理类要执行的方法a的功能就声明在invoke()中
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

        HumanUtil util = new HumanUtil();
        util.method1();

        //method:即为代理类对象调用的方法，此方法也就作为了被代理类对象要调用的方法
        //obj:被代理类的对象
        Object returnValue = method.invoke(obj,args);

        util.method2();

        //上述方法的返回值就作为当前类中的invoke()的返回值。
        return returnValue;

    }
}

public class ProxyTest {

    public static void main(String[] args) {
        SuperMan superMan = new SuperMan();
        //proxyInstance:代理类的对象
        Human proxyInstance = (Human) ProxyFactory.getProxyInstance(superMan);
        //当通过代理类对象调用方法时，会自动的调用被代理类中同名的方法
        String belief = proxyInstance.getBelief();
        System.out.println(belief);
        proxyInstance.eat("四川麻辣烫");

        System.out.println("*****************************");

        NikeClothFactory nikeClothFactory = new NikeClothFactory();

        ClothFactory proxyClothFactory = (ClothFactory) ProxyFactory.getProxyInstance(nikeClothFactory);

        proxyClothFactory.produceCloth();

    }
}