浅谈Java的反射的原理
Java的编译过程
谈及反射,不得不先了解一下,java的整个编译过程,整体的java编译过程可以参考 之前的一篇 一个java文件被执行的历程
这里我们只针对 对象这一层级来讨论,一个java文件,我们经过编译,会得出 一个 字节码文件(.class),这时候,进入解释阶段,编译器会将这个.class加载进内存中,此时,它首先会生成一个 Class对象。
Class对象与对象形成的过程
Class对象
在java世界里,一切皆对象。从某种意义上来说,java有两种对象:实例对象和Class对象。对于每个类而言,JRE 都为其保留一个不变的 Class 类型的对象。
- Class 对象只能由系统建立对象
- 一个类在 JVM 中只会有一个Class实例
- –每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成
class对象包含的信息有:
- 数据成员名
- 内部方法
- 构造方法
- 集成自哪个接口、类
对象的形成过程
我们的实例对象是通过Class对象来创建的。
每一个类都有一个Class对象,每当编译一个新类就产生一个Class对象,基本类型 (boolean, byte, char, short, int, long, float, and double)有Class对象,数组有Class对象,就连关键字void也有Class对象(void.class)。Class对象对应着java.lang.Class类,如果说类是对象抽象和集合的话,那么Class类就是对类的抽象和集合。
Class类没有公共的构造方法,Class对象是在类加载的时候由Java虚拟机以及通过调用类加载器中的 defineClass 方法自动构造的,因此不能显式地声明一个Class对象。
在类加载阶段,类加载器首先检查这个类的Class对象是否已经被加载。如果尚未加载,默认的类加载器就会根据类的全限定名查找.class文件。在这个类的字节码被加载时,它们会接受验证,以确保其没有被破坏,并且不包含不良java代码。一旦某个类的Class对象被载入内存,我们就可以它来创建这个类的所有对象。
反射的本质及应用
上面的基础了解完毕,我们进入今天的主体,何为反射。
所谓反射,官方的定义是: 指计算机程序在运行时(runtime) 可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。通俗说,反射就是程序在运行的时候能够“观察”并且修改自己的行为,是程序对自身的反思、自检、修改。
理解反射,首先得知道它的对立面,“正射”
“正射”
前面说到了Class对象,每个类的运行时的类型信息就是用Class对象表示的。系统会自动创建唯一一个Class对象,它包含了与类有关的信息。此时的java文件(一个类)处于一个中间状态,并不是我们使用的对象,只有当我们使用 “ new Object()”时,才会在JVM堆中根据这个Class对象来产生真正供我们使用的实例对象。其实也就是上面部分的对象的形成过程。
正射的使用意义是,我事先定义了一个对象的某些东西,然后当我需要的时候,我会通知内存去创建这个对象,然后我事先知道这个对象有什么,所以我会精准的调用它的某个方法,某个成员变量。
用一个我们习以为常的demo来举一下例:
class Human {
String name;
int age;
String nation;
Human(String name,int age,String nation) {
this.name=name;
this.age=age;
this.nation=nation;
}
void changeName(String name){
this.name=name;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args){
Human human=new Human("张三",22,"中国");
human.changeName("李四");
}
}
在上面Main类的main方法中,我之所以可以写human.changeName(“张三”) 是因为Human类也是我自己写的,我清楚的知道,human作为Human的实例对象,可以调用changeName方法,如果我手抖写了调用changeNamee方法,我也会立即改回来,因为我知道Human里没有这个方法。假如我不知道Human里有没有一个改名字的方法,即Human类对我来说是不透明的第三方类,我尝试性的在程序中调用了一个newName方法,保存、编译。这时候编译器会通知我,这样写程序是不对的,Human里没有一个叫newName的方法,编译失败。
反射
假如此时我只想使用对象某一个方法,某一个成员变量,而不想用其他的部分,这时候如果用“正射”(走正常的对象创建过程,new一下),就会被迫创建一个完整的该对象(有一说一,有点浪费),此时我可以根据类的全路径+名称,去内存中拿出这个类的Class对象,根据这个Class对象,灵活的去获取这个类片面的信息。这种在运行时访问、修改对象的状态和行为,可以给程序带来极大的灵活性。这便是反射
反射可提供的功能
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。
在运行时调用任意一个对象的方法。
生成动态代理。
详细的API使用,可以查阅java的官方文档。
反射的使用
使用Java注解配合反射可以开发出各种工具、框架。例如,Spring中的注解、工厂模式中创建对象的方式等
这里实现一个用自定义注解 @AutoField 实现为属性赋值。
定义注解@AutoField
@Target({ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface AutoField {
String value() default "";
}
编写解析类。BeanFactory中的createBean方法通过反射拿到注解 @AutoField的值并赋给对象。
public class BeanFactory {
public static <T> T createBean(Class<T> clazz) {
T o = null;
try {
o = clazz.newInstance();
} catch (InstantiationException e) {
throw new RuntimeException(e);
} catch (IllegalAccessException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
for (Field declaredField : declaredFields) {
if (declaredField.isAnnotationPresent(AutoField.class)) {
AutoField AutoField = declaredField.getAnnotation(AutoField.class);
if (!declaredField.isAccessible())
declaredField.setAccessible(true);
try {
if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("String"))
declaredField.set(o, AutoField.value());
else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("byte"))
declaredField.set(o, Byte.parseByte(AutoField.value()));
else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("short"))
declaredField.set(o, Short.parseShort(AutoField.value()));
else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("int"))
declaredField.set(o, Integer.parseInt(AutoField.value()));
else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("long"))
declaredField.set(o, Long.parseLong(AutoField.value()));
else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("float"))
declaredField.set(o, Float.parseFloat(AutoField.value()));
else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("double"))
declaredField.set(o, Double.parseDouble(AutoField.value()));
else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("long"))
declaredField.set(o, Long.parseLong(AutoField.value()));
else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("boolean"))
declaredField.set(o, Boolean.parseBoolean(AutoField.value()));
else
throw new RuntimeException(declaredField.getName() + " of " + clazz.getName() + " is not a value field");
} catch (IllegalAccessException e) {
throw new RuntimeException(e);
} }
}
return o;
}
}
定义实体类
public class Teacher { @AutoField("12223")
private int id; @AutoField("Zhang")
private String name; @AutoField("20")
private int age; @AutoField("false")
private boolean isProfessor; @AutoField("G")
private String sex; @AutoField("CQU")
private String school; public int getId() {
return id;
} public String getName() {
return name;
} public int getAge() {
return age;
} public boolean isProfessor() {
return isProfessor;
} public String getSex() {
return sex;
} public String getSchool() {
return school;
} public void setId(int id) {
this.id = id;
} public void setName(String name) {
this.name = name;
} public void setAge(int age) {
this.age = age;
} public void setProfessor(boolean professor) {
isProfessor = professor;
} public void setSex(String sex) {
this.sex = sex;
} public void setSchool(String school) {
this.school = school;
} @Override
public String toString() {
return "Teacher{" +
"id=" + id +
", name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", isProfessor=" + isProfessor +
", sex=" + sex +
", school='" + school + '\'' +
'}';
}
}
测试
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Teacher teacher = BeanFactory.createBean(Teacher.class);
System.out.println(teacher);
}
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