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day42-反射01

Java反射01

1.反射(reflection)机制

1.1反射机制问题

一个需求引出反射

请看下面问题：

根据配置文件 re.properties 指定信息，创建Cat对象并调用方法hi

classfullpath=li.reflection.Cat
method=hi

使用现有的技术，你能做的到吗？

这样的需求在学习框架时特别多，即通过外部文件配置，在不修改源码的情况下来控制程序，也符合设计模式的ocp原则（开闭原则）

开闭原则：不修改源码，扩展功能

例子：

re.properties:

classfullpath=li.reflection.Cat
method=cry

Cat:

package li.reflection;

public class Cat {
    private String name = "招财猫";

    public void hi() {
        System.out.println("hi " + name);
    }

    public void cry() {
        System.out.println(name + " cry");
    }
}

ReflectionQuestion:

package li.reflection;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;

public class ReflectionQuestion {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {

        //根据配置文件 re.properties 指定信息，创建Cat对象 并调用方法hi

        //1.传统方法 new 对象 -->调用方法
        //Cat cat = new Cat();
        //cat.hi();

        //2.尝试使用读取文件的方法
        //2.1使用properties类，可以读写配置文件
        Properties properties = new Properties();
        properties.load(new FileInputStream("src\re.properties"));
        String classfullpatch = properties.get("classfullpath").toString();
        String methodName = properties.get("method").toString();
        System.out.println("classfullpath" + classfullpatch);
        System.out.println("method" + methodName);
        //2.2创建对象
        //使用传统的方法行不通

        //3.使用反射机制解决
        //3.1加载类,返回一个Class类型的对象cls（这里的Class就是一个类，他的类名就叫Class）
        Class cls = Class.forName(classfullpatch);

        //3.2通过cls得到加载的类 li.reflection.Cat 的一个对象实例
        Object o = cls.newInstance();
        System.out.println("o的运行类型=" + o.getClass());//o的运行类型

        //3.3通过 cls 得你加载的类 li.reflection.Cat 的methodName"hi" 的方法对象
        //   即：在反射机制中，可以把方法视为一个对象（万物皆对象）
        Method method1 = cls.getMethod(methodName);
        //3.4通过 method1 调用方法：即通过方法对象来实现调用方法
        System.out.println("========");
        method1.invoke(o);//传统方法： 对象.方法() , 反射机制：方法.invoke(对象)

        //意义在与反射机制可以通过不求该源码就完成功能的拓展
        /**
         * 例如，在Cat类中有两个方法，hi()和cry()，现在要求将调用用的hi方法改为调用cry方法，
         * 这时候只需要在配置文件re.properties中修改引用的方法名即可
         * 不需像想传统方法一样，需要在源码中修改
         */
    }
}

1.2反射机制

1.2.1Java Reflection

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（比如成员变量，构造器，成员方法等等，包括private权限的属性和方法），并能够操作对象的属性以及方法。

反射在设计模式和框架底层都会用到
加载完类之后，在堆中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象包含了类的完整结构信息。通过这个对象得到类的结构。这个Class对象就像一面镜子，透过这个镜子看到了的结构，所以形象地称之为：反射

例如：一个Person类型的实例对象叫 p

则 p 对象 – -> 类型 Person类

Class 对象 cls –> 类型 Class 类（这个类的名字就叫Class）

1.2.2Java反射机制原理图

Java反射机制可以完成
1. 在运行时判断任意一个对象所属的类
2. 在运行时构造任意一个类的对象
3. 在运行时得到任意一个类所具有的成员变量和方法
4. 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
5. 在运行时获取泛型信息
6. 在运行时处理注解
7. 生成动态代理

1.2.3反射相关类

反射相关的主要类:

java.lang.Class：代表一个类，Class的对象表示某个类加载过后在堆中的对象
java.lang.reflect.Method：表示类的方法（Method对象表示某个类的方法）
java.lang.reflect.Field：表示类的成员变量（Field对象表示某个类的成员变量）
java.lang.reflect.Constructor：表示类的构造方法（Constructor对象表示某个类的构造器）

这些类在 java.lang.reflect

例子：

Cat：

package li.reflection;

public class Cat {
    private String name = "招财猫";
    public int age = 10;

    public Cat() {
    }//无参构造器

    public Cat(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void hi() {
        System.out.println("hi " + name);
    }

    public void cry() {
        System.out.println(name + " cry");
    }
}

re.properties:

classfullpath=li.reflection.Cat
method=hi

Reflection01：

package li.reflection;

import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;

public class Reflection01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //使用properties类，读写配置文件
        Properties properties = new Properties();
        properties.load(new FileInputStream("src\re.properties"));
        String classfullpatch = properties.get("classfullpath").toString();
        String methodName = properties.get("method").toString();
        System.out.println("classfullpath" + classfullpatch);
        System.out.println("method" + methodName);

        //反射机制
        //1.加载类,返回一个Class类型的对象cls（这里的Class就是一个类，他的类名就叫Class）
        Class cls = Class.forName(classfullpatch);

        //通过cls得到加载的类 li.reflection.Cat 的一个对象实例
        Object o = cls.newInstance();
        System.out.println("o的运行类型=" + o.getClass());//o的运行类型

        //2.通过 cls得到加载的类 li.reflection.Cat 的methodName"hi" 的方法对象
        //   即：在反射机制中，可以把方法视为一个对象（万物皆对象）
        Method method1 = cls.getMethod(methodName);
        //通过 method1 调用方法：即通过方法对象来实现调用方法
        System.out.println("========");
        method1.invoke(o);//传统方法： 对象.方法() , 反射机制：方法.invoke(对象)

        //3.java.lang.reflect.Field：表示类的成员变量（Field对象表示某个类的成员变量）
        //得到name字段
        //getField不能得到私有的属性
        Field nameField = cls.getField("age");
        System.out.println(nameField.get(o));//传统方法：对象.成员变量 ， 反射：成员变量的对象.get(对象)
        
        //4.java.lang.reflect.Constructor：表示类的构造方法（Constructor对象表示某个类的构造器）
        Constructor constructor1 = cls.getConstructor();//()中可以指定构造器的类型，这里返回无参构造器
        System.out.println(constructor1);//Cat()

        Constructor constructor2 = cls.getConstructor(String.class);//这里传入的String.class 就是String类的Class对象
        System.out.println(constructor2);//Cat(String name)
    }
}

1.2.4反射优点和缺点

优点：可以动态地创建和使用对象（也是底层框架的核心），使用灵活，没有反射机制，框架技术就失去底层支撑。
缺点：使用反射机制基本是解释执行，对执行速度有影响

调用反射优化-关闭访问检查

Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法
setAccessible作用是启动和禁用服务安全检查的开关
参数值为true表示反射的对象在使用时取消访问检查，提高反射效率。参数值为false则表示反射的对象执行访问检查

例子：测试反射调用的性能和优化方案

package li.reflection;

import java.lang.reflect.Method;

//测试反射调用的性能 和 优化方案
public class Reflection02 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        m1();
        m2();
        m3();
    }

    //传统方法，调用hi
    public static void m1() {
        Cat cat = new Cat();
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 900000000; i++) {
            cat.hi();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("m1() 耗时=" + (end - start));
    }

    //反射机制调用hi
    public static void m2() throws Exception {
        //拿到Cat类的Class对象
        Class cls = Class.forName("li.reflection.Cat");//这里为了方便，就不读文件了
        //构造Cat类的对象
        Object o = cls.newInstance();
        //得到Cat类的成员方法
        Method hi = cls.getMethod("hi");

        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 900000000; i++) {
            hi.invoke(o);//反射机制调用方法
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("m2() 耗时=" + (end - start));
    }

    //反射调用优化
    public static void m3() throws Exception {
        //拿到Cat类的Class对象
        Class cls = Class.forName("li.reflection.Cat");//这里为了方便，就不读文件了
        //构造Cat类的对象
        Object o = cls.newInstance();
        //得到Cat类的成员方法
        Method hi = cls.getMethod("hi");
        hi.setAccessible(true);//在反射调用方法时，取消访问检查

        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 900000000; i++) {
            hi.invoke(o);//反射机制调用方法
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("m3()反射调用优化耗时=" + (end - start));
    }
}

2.Class类

2.1基本介绍

Class类也是类，因此也继承Object类
Class类对象不是new出来的，而是系统创建的
对于某个类的Class类对象，在内存中只有一份，因为类只加载一次
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对象可以得到一个类的完整结构（通过一系列API）
Class对象是存放在堆的
类的字节码二进制数据，是放在方法区的，有的地方称为类的元数据（包括方法代码，变量名，方法名，访问权限等）

当我们加载完类之后，除了会在堆里生成一个Class类对象，还会在方法区生成一个类的字节码二进制数据（元数据）

例子：

package li.reflection.class_;

import li.reflection.Cat;

//对Class类的特点的梳理
public class Class01 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        //1.Class类对象不是new出来的，而是系统创建的
        //1.1.传统的 new对象
        /**通过ClassLoader类中的loadClass方法：
         *  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
         *         return loadClass(name, false);
         *  }
         */
         //Cat cat = new Cat();

        //1.2反射的方式
        /**在这里debug，需要先将上面的Cat cat = new Cat();注释掉，因为同一个类只加载一次，否则看不到loadClass方法
         * （这里也验证了：3.对于某个类的Class类对象，在内存中只有一份，因为类只加载一次）
         * 仍然是通过 ClassLoader类的loadClass方法加载 Cat类的 Class对象
         *  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
         *         return loadClass(name, false);
         *     }
         */
        Class cls1 = Class.forName("li.reflection.Cat");

        //2.对于某个类的Class类对象，在内存中只有一份，因为类只加载一次
        Class cls2 = Class.forName("li.reflection.Cat");
        //这里输出的hashCode是相同的，说明cls1和cls2是同一个Class类对象
        System.out.println(cls1.hashCode());//1554874502
        System.out.println(cls2.hashCode());//1554874502     
    }
}

Class类对象不是new出来的，而是系统创建的：

在Cat cat = new Cat();处打上断点，点击force step into，可以看到

注释Cat cat = new Cat();，在Class cls1 = Class.forName("li.reflection.Cat");处打上断点，可以看到仍然是通过 ClassLoader类加载 Cat类的 Class对

2.2Class类常用方法

public static Class<?> forName(String className)//传入完整的“包.类”名称实例化Class对象
public Constructor[] getContructors() //得到一个类的全部的构造方法
public Field[] getDeclaredFields()//得到本类中单独定义的全部属性
public Field[] getFields()//得到本类继承而来的全部属性
public Method[] getMethods()//得到一个类的全部方法
public Method getMethod(String name,Class..parameterType)//返回一个Method对象，并设置一个方法中的所有参数类型
public Class[] getInterfaces() //得到一个类中锁实现的全部接口
public String getName() //得到一个类完整的“包.类”名称
public Package getPackage() //得到一个类的包
    
public Class getSuperclass() //得到一个类的父类
public Object newInstance() //根据Class定义的类实例化对象
public Class<?> getComponentType() //返回表示数组类型的Class
public boolean isArray() //判断此class是否是一个数组

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