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Spring基础知识反射


 

   

  Java语言允许通过程序化的方式间接对Class进行操作,Class文件由类装载器装载后,在JVM中将形成一份描述Class结构的元信息对象,通过该元信息对象可以获知Class的结构信息:如构造函数、属性和方法等。Java允许用户借由这个Class相关的元信息对象间接调用Class对象的功能,这就为使用程序化方式操作Class对象开辟了途径。

  一.简单实例

  我们将从一个简单例子开始探访Java反射机制的征程,下面的Car类拥有两个构造函数、两个方法以及三个属性,如如下代码所示:

  Car.java

  Java代码

  package com.baobaotao.reflect;

  public class Car {

  private String brand;

  private String color;

  private int maxSpeed;

  // ①默认构造函数

  public Car() {

  }

  // ②带参构造函数

  public Car(String brand, String color, int maxSpeed) {

  this.brand = brand;

  this.color = color;

  this.maxSpeed = maxSpeed;

  }

  // ③未带参的方法

  public void introduce() {

  System.out.println("brand:" + brand + ";color:" + color + ";maxSpeed:"

  + maxSpeed);

  }

  public String getBrand() {

  return brand;

  }

  public void setBrand(String brand) {

  this.brand = brand;

  }

  public String getColor() {

  return color;

  }

  public void setColor(String color) {

  this.color = color;

  }

  public int getMaxSpeed() {

  return maxSpeed;

  }

  public void setMaxSpeed(int maxSpeed) {

  this.maxSpeed = maxSpeed;

  }

  }

  一般情况下,我们会使用如下的代码创建Car的实例:

  Java代码

  Car car = new Car();

  car.setBrand("红旗CA72");

  或者:

  Java代码

  Car car = new Car("红旗CA72","黑色");

  以上两种方法都采用传统方式的直接调用目标类的方法,下面我们通过Java反射机制以一种更加通用的方式间接地操作目标类:

  ReflectTest.java

  Java代码

  package com.baobaotao.reflect;

  import java.lang.reflect.Constructor;

  import java.lang.reflect.Method;

  public class ReflectTest {

  public static Car initByDefaultConst() throws Throwable {

  // ①通过类装载器获取Car类对象

  ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

  Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.Car");

  // ②获取类的默认构造器对象并通过它实例化Car

  Constructor cons = clazz.getDeclaredConstructor((Class[]) null);

  Car car = (Car) cons.newInstance();

  // ③通过反射方法设置属性

  Method setBrand = clazz.getMethod("setBrand", String.class);

  setBrand.invoke(car, "红旗CA72");

  Method setColor = clazz.getMethod("setColor", String.class);

  setColor.invoke(car, "黑色");

  Method setMaxSpeed = clazz.getMethod("setMaxSpeed", int.class);

  setMaxSpeed.invoke(car, 200);

  return car;

  }

  public static void main(String[] args) throws Throwable {

  Car car = initByDefaultConst();

  car.introduce();

  }

  }

  运行以上程序,在控制台上将打印出以下信息:

  Text代码

  brand:红旗CA72;color:黑色;maxSpeed:200

  这说明我们完全可以通过编程方式调用Class的各项功能,这和直接通过构造函数和方法调用类功能的效果是一致的,只不过前者是间接调用,后者是直接调用罢了。

  在ReflectTest中,使用了几个重要的反射类,分别是ClassLoader、Class、Constructor和Method,通过这些反射类就可以间接调用目标Class的各项功能了。在①处,我们获取当前线程的ClassLoader,然后通过指定的全限定类“com.baobaotao.beans.Car”装载Car类对应的反射实例。在②处,我们通过Car的反射类对象获取Car的构造函数对象cons,通过构造函数对象的newInstrance()方法实例化Car对象,其效果等同于new Car()。在③处,我们又通过Car的反射类对象的getMethod(String methodName,Class paramClass)获取属性的Setter方法对象,第一个参数是目标Class的方法名;第二个参数是方法入参的对象类型。获取方法反射对象后,即可通过invoke(Object obj,Object param)方法调用目标类的方法,该方法的第一个参数是操作的目标类对象实例;第二个参数是目标方法的入参。

  在如上代码中,粗体所示部分的信息即是通过反射方法操控目标类的元信息,如果我们将这些信息以一个配置文件的方式提供,就可以使用Java语言的反射功能编写一段通用的代码对类似于Car的类进行实例化及功能调用操作了。

  二.类装载器ClassLoader

  1.类装载器工作机制

  类装载器就是寻找类的节码文件并构造出类在JVM内部表示对象的组件。在Java中,类装载器把一个类装入JVM中,要经过以下步骤:

  [1.]装载:查找和导入Class文件;

  [2.]链接:执行校验、准备和解析步骤,其中解析步骤是可以选择的:

  [2.1]校验:检查载入Class文件数据的正确性;

  [2.2]准备:给类的静态变量分配存储空间;

  [2.3]解析:将符号引用转成直接引用;

  [3.]初始化:对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作。

  类装载工作由ClassLoader及其子类负责,ClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件,它负责在运行时查找和装入Class字节码文件。JVM在运行时会产生三个ClassLoader:根装载器、ExtClassLoader(扩展类装载器)和AppClassLoader(系统类装载器)。其中,根装载器不是ClassLoader的子类,它使用C++编写,因此我们在Java中看不到它,根装载器负责装载JRE的核心类库,如JRE目标下的rt.jar、charsets.jar等。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类。其中ExtClassLoader负责装载JRE扩展目录ext中的JAR类包;AppClassLoader负责装载Classpath路径下的类包。

  这三个类装载器之间存在父子层级关系,即根装载器是ExtClassLoader的父装载器,ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。默认情况下,使用AppClassLoader装载应用程序的类,我们可以做一个实验:

  ClassLoaderTest.java

  Java代码

  package com.baobaotao.reflect;

  public class ClassLoaderTest {

  public static void main(String[] args) {

  ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

  System.out.println("current loader:" + loader);

  System.out.println("parent loader:" + loader.getParent());

  System.out.println("grandparent loader:" + loader.getParent().getParent());

  }

  }

  运行以上代码,在控制台上将打出以下信息:

  Text代码

  current loader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f

  parent loader:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1

  grandparent loader:null

  通过以上的输出信息,我们知道当前的ClassLoader是AppClassLoader,父ClassLoader是ExtClassLoader,祖父ClassLoader是根类装载器,因为在Java中无法获得它的句柄,所以仅返回null。

  JVM装载类时使用“全盘负责委托机制”,“全盘负责”是指当一个ClassLoader装载一个类的时,除非显式地使用另一个ClassLoader,该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoader载入;“委托机制”是指先委托父装载器寻找目标类,只有在找不到的情况下才从自己的类路径中查找并装载目标类。这一点是从安全角度考虑的,试想如果有人编写了一个恶意的基础类(如java.lang.String)并装载到JVM中将会引起多么可怕的后果。但是由于有了“全盘负责委托机制”,java.lang.String永远是由根装载器来装载的,这样就避免了上述事件的发生。

  2.ClassLoader重要方法

  在Java中,ClassLoader是一个抽象类,位于java.lang包中。下面对该类的一些重要接口方法进行介绍:

  a.Class loadClass(String name)

  name参数指定类装载器需要装载类的名字,必须使用全限定类名,如com.baobaotao. beans.Car。该方法有一个重载方法loadClass(String name ,boolean resolve),resolve参数告诉类装载器是否需要解析该类。在初始化类之前,应考虑进行类解析的工作,但并不是所有的类都需要解析,如果JVM只需要知道该类是否存在或找出该类的超类,那么就不需要进行解析。

  b.Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)

  将类文件的字节数组转换成JVM内部的java.lang.Class对象。字节数组可以从本地文件系统、远程网络获取。name为字节数组对应的全限定类名。

  c.Class findSystemClass(String name)

  从本地文件系统载入Class文件,如果本地文件系统不存在该Class文件,将抛出ClassNotFoundException异常。该方法是JVM默认使用的装载机制。

  d.Class findLoadedClass(String name)

  调用该方法来查看ClassLoader是否已装入某个类。如果已装入,那么返回java.lang.Class对象,否则返回null。如果强行装载已存在的类,将会抛出链接错误。

  e.ClassLoader getParent()

  获取类装载器的父装载器,除根装载器外,所有的类装载器都有且仅有一个父装载器,ExtClassLoader的父装载器是根装载器,因为根装载器非Java编写,所以无法获得,将返回null。

  除JVM默认的三个ClassLoader以外,可以编写自己的第三方类装载器,以实现一些特殊的需求。类文件被装载并解析后,在JVM内将拥有一个对应的java.lang.Class类描述对象,该类的实例都拥有指向这个类描述对象的引用,而类描述对象又拥有指向关联ClassLoader的引用,

  三.Java反射机制

  Class反射对象描述类语义结构,可以从Class对象中获取构造函数、成员变量、方法类等类元素的反射对象,并以编程的方式通过这些反射对象对目标类对象进行操作。这些反射对象类在java.reflect包中定义,下面是最主要的三个反射类:

  1.Constructor:

  类的构造函数反射类,通过Class#getConstructors()方法可以获得类的所有构造函数反射对象数组。在JDK5.0中,还可以通过getConstructor(Class... parameterTypes)获取拥有特定入参的构造函数反射对象。Constructor的一个主要方法是newInstance(Object[] initargs),通过该方法可以创建一个对象类的实例,相当于new关键字。在JDK5.0中该方法演化为更为灵活的形式:newInstance (Object... initargs)。

  2.Method:

  类方法的反射类,通过Class#getDeclaredMethods()方法可以获取类的所有方法反射类对象数组Method[]。在JDK5.0中可以通过getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes)获取特定签名的方法,name为方法名;Class...为方法入参类型列表。Method最主要的方法是invoke(Object obj, Object[] args),obj表示操作的目标对象;args为方法入参,代码清单3 10③处演示了这个反射类的使用方法。在JDK 5.0中,该方法的形式调整为invoke(Object obj, Object... args)。此外,Method还有很多用于获取类方法更多信息的方法:

  1)Class getReturnType():获取方法的返回值类型;

  2)Class[] getParameterTypes():获取方法的入参类型数组;

  3)Class[] getExceptionTypes():获取方法的异常类型数组;

  4)Annotation[][] getParameterAnnotations():获取方法的注解信息,JDK 5.0中的新方法;

  3.Field:

  类的成员变量的反射类,通过Class#getDeclaredFields()方法可以获取类的成员变量反射对象数组,通过Class#getDeclaredField(String name)则可获取某个特定名称的成员变量反射对象。Field类最主要的方法是set(Object obj, Object value),obj表示操作的目标对象,通过value为目标对象的成员变量设置值。如果成员变量为基础类型,用户可以使用Field类中提供的带类型名的值设置方法,如setBoolean(Object obj, boolean value)、setInt(Object obj, int value)等。

  此外,Java还为包提供了Package反射类,在JDK 5.0中还为注解提供了AnnotatedElement反射类。总之,Java的反射体系保证了可以通过程序化的方式访问目标类中所有的元素,对于private或protected的成员变量和方法,只要JVM的安全机制允许,也可以通过反射进行调用,请看下面的例子:

  PrivateCarReflect.java

  Java代码

  package com.baobaotao.reflect;

  public class PrivateCar {

  // ①private成员变量:使用传统的类实例调用方式,只能在本类中访问

  private String color;

  // ②protected方法:使用传统的类实例调用方式,只能在子类和本包中访问

  protected void drive() {

  System.out.println("drive private car! the color is:" + color);

  }

  }

  color变量和drive()方法都是私有的,通过类实例变量无法在外部访问私有变量、调用私有方法的,但通过反射机制却可以绕过这个限制。

  PrivateCarReflect.java

  Java代码

  package com.baobaotao.reflect;

  import java.lang.reflect.Field;

  import java.lang.reflect.Method;

  public class PrivateCarReflect {

  public static void main(String[] args) throws Throwable {

  ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

  Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.PrivateCar");

  PrivateCar pcar = (PrivateCar) clazz.newInstance();

  Field colorFld = clazz.getDeclaredField("color");

  // ①取消Java语言访问检查以访问private变量

  colorFld.setAccessible(true);

  colorFld.set(pcar, "红色");

  Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive", (Class[]) null);

  // Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive"); JDK5.0下使用

  // ②取消Java语言访问检查以访问protected方法

  driveMtd.setAccessible(true);

  driveMtd.invoke(pcar, (Object[]) null);

  }

  }

  运行该类,打印出以下信息:

  Text代码

  drive private car! the color is:红色