Java反射

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1、Java反射机制概述

  • 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。
  • 加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象就包含了完整的类的结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，我们形象的称之为：反射。
  • 程序经过javac.exe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。
  • Java反射机制提供的功能：
    • 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。

2、获取Class的实例

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public class ReflectionTest {
    //获取Class的实例的方式
    @Test
    public void test3() throws ClassNotFoundException {
        //方式一：调用运行时类的属性：.class
        Class clazz1 = Person.class;
        System.out.println(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.example.Person");
        System.out.println(clazz3);
        System.out.println(clazz1 == clazz2);//true
        System.out.println(clazz1 == clazz3);//true
        //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);//true
    }
}

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;
    }
}

3、类加载

  • 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。
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public class ClassLoaderTest {
    @Test
    public void test(){
        //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);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        //调用系统类加载器的getParent()：获取扩展类加载器
        ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
        System.out.println(classLoader1);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@2a84aee7
        //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);//null

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

类加载器还可以加载配置文件：

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    @Test
    public void test() 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");
//        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、创建运行时类的对象

  • 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：
    • 运行时类必须提供空参的构造器。
      • 在javabean中要求提供一个public的空参构造器。原因：
        • 便于通过反射，创建运行时类的对象。
        • 便于子类继承此运行时类时，默认调用super()时，保证父类有此构造器。
    • 空参的构造器的访问权限得够。通常，设置为public。
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public class NewInstanceTest {
    @Test
    public void test() throws IllegalAccessException, InstantiationException {
        Class<Person> clazz = Person.class;
        Person obj = clazz.newInstance();
        System.out.println(obj);
    }
}

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;
    }
}

5、获取运行时类的完整结构

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@MyAnnotation(value="hi")
public class Person extends Creature<String> implements Comparable<String>,MyInterface{

    private String name;
    int age;
    public int id;

    public Person(){}

    @MyAnnotation(value="abc")
    private Person(String name){
        this.name = name;
    }

     Person(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @MyAnnotation
    private String show(String nation){
        System.out.println("我的国籍是：" + nation);
        return nation;
    }

    public String display(String interests,int age) throws NullPointerException,ClassCastException{
        return interests + age;
    }


    @Override
    public void info() {
        System.out.println("我是一个人");
    }

    @Override
    public int compareTo(String o) {
        return 0;
    }

    private static void showDesc(){
        System.out.println("我是一个可爱的人");
    }

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

@Target({TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER, CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyAnnotation {
    String value() default "hello";
}

public class Creature<T> implements Serializable {
    private char gender;
    public double weight;

    private void breath(){
        System.out.println("生物呼吸");
    }

    public void eat(){
        System.out.println("生物吃东西");
    }
}

public interface MyInterface {
    void info();
}
  • 测试获取当前运行时类的属性结构
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@Test
public void test(){
    Class clazz = Person.class;
    //获取属性结构
    //getFields():获取当前运行时类及其父类中声明为public访问权限的属性
    Field[] fields = clazz.getFields();
    for(Field f : fields){
        //public int com.example.Person.id
        //public double com.example.Creature.weight
        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){
        //private java.lang.String com.example.Person.name
        //int com.example.Person.age
        //public int com.example.Person.id
        System.out.println(f);
    }

    //private	java.lang.String	name
    //	int	age
    //public	int	id
    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();
    }
}
  • 测试获取运行时类的方法结构
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@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);
    }

    //打印：权限修饰符  返回值类型  方法名(参数类型1 形参名1,...) throws XxxException{}
    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();
    }
}
  • 测试获取构造器结构
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@Test
public void test1(){
    Class<Person> 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);//public com.example.Person()
    }

    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();
    //public com.example.Person()
    //private com.example.Person(java.lang.String)
    //com.example.Person(java.lang.String,int)
    for(Constructor c : declaredConstructors){
        System.out.println(c);
    }
}
  • 测试获取运行时类的(带泛型的)父类
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@Test
public void test(){
    Class clazz = Person.class;
    Class superclass = clazz.getSuperclass();
    System.out.println(superclass);//class com.example.Creature
    
    Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
    //com.example.Creature<java.lang.String>
    System.out.println(genericSuperclass);
}
  • 测试获取运行时类的带泛型的父类的泛型
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    @Test
    public void test(){
        Class<Person> clazz = Person.class;
        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        System.out.println(genericSuperclass);//com.example.Creature<java.lang.String>
        ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
        System.out.println(paramType);//com.example.Creature<java.lang.String>
        //获取泛型类型
        Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();
        System.out.println(actualTypeArguments);//[Ljava.lang.reflect.Type;@5b80350b
//        System.out.println(actualTypeArguments[0].getTypeName());
        System.out.println(((Class)actualTypeArguments[0]).getName());//java.lang.String
    }
  • 获取运行时类实现的接口
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@Test
public void test(){
    Class clazz = Person.class;
    Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
    //interface java.lang.Comparable
    //interface com.example.MyInterface
    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){
        //interface java.io.Serializable
        System.out.println(c);
    }
}
  • 测试获取运行时类所在的包
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@Test
public void test(){
    Class clazz = Person.class;
    Package pack = clazz.getPackage();
    System.out.println(pack);//package com.example
}
  • 获取运行时类声明的注解
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@Test
public void test(){
    Class clazz = Person.class;
    Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
    for(Annotation annos : annotations){
        //@com.example.MyAnnotation(value=hi)
        System.out.println(annos);
    }
}

6、调用运行时类的指定结构

测试目标：

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@MyAnnotation(value="hi")
public class Person extends Creature<String> implements Comparable<String>,MyInterface{

    private String name;
    int age;
    public int id;

    public Person(){}

    @MyAnnotation(value="abc")
    private Person(String name){
        this.name = name;
    }

     Person(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @MyAnnotation
    private String show(String nation){
        System.out.println("我的国籍是：" + nation);
        return nation;
    }

    public String display(String interests,int age) throws NullPointerException,ClassCastException{
        return interests + age;
    }


    @Override
    public void info() {
        System.out.println("我是一个人");
    }

    @Override
    public int compareTo(String o) {
        return 0;
    }

    private static void showDesc(){
        System.out.println("我是一个可爱的人");
    }

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

@Target({TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER, CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyAnnotation {
    String value() default "hello";
}

public class Creature<T> implements Serializable {
    private char gender;
    public double weight;

    private void breath(){
        System.out.println("生物呼吸");
    }

    public void eat(){
        System.out.println("生物吃东西");
    }
}

public interface MyInterface {
    void info();
}
  • 测试获取运行时类的指定属性
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@Test
public void testField() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;
    //创建运行时类的对象
    Person p = (Person) clazz.newInstance();
    //获取指定的属性：要求运行时类中属性声明为public
    //通常不采用此方法
    Field id = clazz.getField("id");
    /*
    设置当前属性的值
    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
     */
    id.set(p,1001);
    /*
    获取当前属性的值
    get():参数1：获取哪个对象的当前属性值
     */
    int pId = (int) id.get(p);
    System.out.println(pId);

    System.out.println("******第二种方式********");
    //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
    name.set(p,"Tom");
    System.out.println(name.get(p));//Tom
}
  • 测试获取运行时类中的指定的方法
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    @Test
    public void testMethod() throws Exception {

        Class clazz = Person.class;
        //创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();
        System.out.println("*************调用非静态方法*****************");
        /*
        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("*************调用静态方法*****************");
        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);也行
        Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
        System.out.println(returnVal);//null
    }
  • 测试调用运行时类中的指定的构造器
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@Test
public void testConstructor() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;
    /*
    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);
}