java基础之反射
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java基础之反射
1. 类的加载、连接和初始化
1.1 类的加载
当程序主动使用某个类时，如果该类还没有被加载到内存中，则系统会通过加载、连接、初始化这三个步骤对该类进行初始化。有时会把这一整个流程统称为类加载或类初始化。
类加载指的是将类的class文件读入内存中，并为之创建一个 java.lang.class 对象，也就是说程序使用任何类的时候，都会为其创建一个class对象。
1.2 类的连接
类被加载之后，系统会为之生成一个class对象，接着会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到jre中。类的连接又分为下面三个阶段：
- 验证：确保被加载类的正确性
- 准备：负责为类的静态成员分配内存，并设置默认初始化值
- 解析：将类中的符号引用替换为直接引用
1.3 类的初始化
在java中对类变量指定初始值得方法有两种：1. 声明类变量时指定初始值；2. 使用静态初始化块为类变量指定初始值。
- 类加载的时机
- 创建类的实例的时候
- 访问类的静态变量的时候
- 调用类的静态方法的时候
- 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.class对象
- 初始化某个类的子类的时候
- 直接使用java.exe命令来运行某个主类
1.4 类加载器
类加载器负责将.class文件加载到内存中，并为之生成对应的class对象。类加载器负责加载所有的类，系统为所有加载到内存中的类生成一个java.lang.class 的实例。
类加载器的组成：
- bootstrap classloader 根类加载器 ： 也被称为引导类加载器，负责java核心类的加载，比如system类，在jdk中jre的lib目录下rt.jar文件中的类
- extension classloader 扩展类加载器 ： 负责jre的扩展目录中jar包的加载，在jdk中jre的lib目录下ext目录
- system classloader 系统类加载器 ： 负责在jvm启动时加载来自java命令的class文件，以及classpath环境变量所指定的jar包和类路径，主要是我们开发者自己写的类
2. 反射
java反射就是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性；并且能改变它的属性。
反射机制允许程序在运行时取得任何一个已知名称的class的内部信息，包括包括其modifiers(修饰符)，fields(属性)，methods(方法)等，并可于运行时改变fields内容或调用methods。那么我们便可以更灵活的编写代码，代码可以在运行时装配，无需在组件之间进行源代码链接，降低代码的耦合度；还有动态代理的实现等等。
2.1 反射基本信息
java程序中许多对象在运行时会出现两种类型：运行时类型和编译时类型，例如person p = new student()；这句代码中p在编译时类型为person，运行时类型为student。程序需要在运行时发现对象和类的真实信心。而通过使用反射程序就能判断出该对象和类属于哪些类。
2.1.1 class对象
java文件被编译后，生成了.class文件，jvm此时就要去解读.class文件。当程序主动去使用某个类时，jvm会通过前面提到的三个步骤：加载、连接和初始化三个步骤对类进行初始化。被编译后的java文件.class也被jvm解析为一个对象，这个对象就是java.lang.class。这样当程序在运行时，每个java文件就最终变成了class类对象的一个实例。我们通过java的反射机制应用到这个实例，就可以去获得甚至去添加改变这个类的属性和动作，使得这个类成为一个动态的类。
class类的概念尽管很抽象，但是无疑，它是反射机制的起源，是java语言中一个精巧美妙地设计。
下面是翻译后的中文文档的描述：
class类的实例表示正在运行的java应用程序的类和接口。枚举是一种类，注释（注解）是一种接口。每个数组属于被映射为class对象的一个类，所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该class对象。基本的java类型（boolean、byte、char、short、int、long、float 和 double）和关键字 void 也表示为 class 对象。class没有公用构造方法。class对象是在加载类时由jvm以及通过调用类加载器中的defineclass方法自动构造的。
2.1.2 java反射机制的类库支持
在深入到反射机制之前，先探析一下反射机制的定义和应用。反射机制定义：java反射机制是在运行状态时，对于任意一个类，都能够直到这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性。
在java中，class类和java.lang.reflect类库一起构成了对java反射机制的支持。其中最常使用到的类是constructor，field，method，而这三个类都继承了一个接口java.lang.reflect.member。
2.2 反射的基本实现
实验类
//因篇幅原因，实验代码未展示set，get等等常用方法
public class cat {
private string name = "";
private string master = "";
private int age = 0;
public cat() { }
private cat(string name, string master) { }
public cat(string name, string master, int age) { }
public void eat() {
system.out.println("小鱼干真好吃~");
}
private void play() {
system.out.println("快来陪我玩~");
}
@override
public string tostring() {
return "cat [name=" + name + ", master=" + master + ", age=" + age + "]";
}
}
2.2.1 获取class对象
在java中获取class对象有三种方法：
- 通过类名获取：class c1 = student.class; 调用某各类的class属性来获取class对象。
- 通过对象获取：class c2 = stu.getclass(); 通过getclass方法，该方法是object类下的一个方法。
- 通过全类名获取：class c3 = class.forname("全限定类名"); 会有一个classnotfoundexception异常
public static void main(string[] args) throws exception {
cat c = new cat();
class cat1 = class.forname("algorithms.sort.cat");
class cat2 = cat.class;
class cat3 = c.getclass();
system.out.println(cat1 == cat2);
system.out.println(cat2 == cat3);
}
//输出结果
true
true
2.2.2 获取构造器并创建对象
- getconstructors()：返回了表示此类公共构造方法的constructor对象数组。
- getdeclaredconstructors()：这个方法返回constructor对象的所有构造方法。
获取构造器
public static void main(string[] args) throws exception {
class cat = cat.class;
//获取所有公共构造方法
constructor<?> cons[] = cat.getconstructors();
for (constructor<?> con : cons) {
system.out.println("getconstructors-----------" + con);
}
system.out.println("**************************************");
//获取所有构造方法
constructor<?> cons2[] = cat.getdeclaredconstructors();
for (constructor<?> con2 : cons2) {
system.out.println("getdeclaredconstructors---" + con2);
}
}
//输出结果
getconstructors-----------public algorithms.sort.cat(java.lang.string,java.lang.string,int)
getconstructors-----------public algorithms.sort.cat()
**************************************
getdeclaredconstructors---public algorithms.sort.cat(java.lang.string,java.lang.string,int)
getdeclaredconstructors---private algorithms.sort.cat(java.lang.string,java.lang.string)
getdeclaredconstructors---public algorithms.sort.cat()
创建对象
public static void main(string[] args) throws exception {
class cat = cat.class;
//使用公共构造器实例化对象
constructor<?> cons1 = cat.getconstructor();
//使用私有构造器实例化对象
constructor<?> cons2 = cat.getdeclaredconstructor(string.class,string.class);
cat cat1 = (cat)cons1.newinstance();
//私有的构造方法反射后要打开权限才能进行相应操作
cons2.setaccessible(true);
cat cat2 = (cat)cons2.newinstance("tom","denny");
system.out.println(cat1);
system.out.println(cat2);
}
//输出结果
cat [name=, master=, age=0]
cat [name=tom, master=denny, age=0]
在创建对象的过程中，值得注意的是如果反射的构造方法是私有的，那么要打开访问权限才能进行对象的实例化；也就是使用cons2.setaccessible(true);语句的原因。
2.2.3 获取成员变量和成员方法
获取成员变量
public static void main(string[] args) throws exception {
class cat = cat.class;
//获取构造器
constructor<?> cons = cat.getconstructor(string.class,string.class,int.class);
//实例化对象
cat cat1 = (cat)cons.newinstance("tom","denny",5);
system.out.println(cat1);
system.out.println("****************");
field fields = cat.getdeclaredfield("name");
//打开访问权限限制
fields.setaccessible(true);
fields.set(cat1, "jack");
system.out.println(cat1);
}
//输出结果
cat [name=tom, master=denny, age=5]
****************
cat [name=jack, master=denny, age=5]
获取成员方法
public static void main(string[] args) throws exception {
class cat = cat.class;
//获取构造器
constructor<?> cons = cat.getconstructor(string.class, string.class, int.class);
//实例化对象
cat cat1 = (cat) cons.newinstance("tom", "denny", 5);
system.out.println(cat1);
system.out.println("****************");
//获取私有和公共成员方法
method method1 = cat.getdeclaredmethod("setname", string.class);
method method2 = cat.getdeclaredmethod("eat");
method1.setaccessible(true);
method1.invoke(cat1, "petter");
system.out.println(cat1);
method2.invoke(cat1);
}
//输出结果
cat [name=tom, master=denny, age=5]
****************
cat [name=petter, master=denny, age=5]
小鱼干真好吃~
2.2.4 反射越过泛型检查
public static void main(string[] args) throws exception {
//泛型只在编译期进行检查，在运行期会被擦除
arraylist<integer> list = new arraylist<>();
list.add(111);
list.add(222);
//拿到字节码文件，字节码文件属于运行期
class cla = class.forname("java.util.arraylist");
method meth = cla.getmethod("add", object.class);
meth.invoke(list, "abc");
system.out.println(list);
}
//输出结果
[111, 222, abc]