Java 反射在实际开发中的应用
Posted Java全栈工程师开发之路
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java 反射在实际开发中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
运行时类型识别(RTTI, Run-Time Type Information)是Java中非常有用的机制，在java中，有两种RTTI的方式，一种是传统的，即假设在编译时已经知道了所有的类型；还有一种，是利用反射机制，在运行时再尝试确定类型信息。
本篇博文会结合Thinking in Java 的demo 和实际开发中碰到的例子，对Java反射和获取类型信息做总体上整理。文章主要分为三块：
- Java类加载和初始化
- Java中RTTI
- Java利用反射获取运行时类型信息
一：Java类加载和初始化
在学习RTTI的时候，首先需要知道Java中类是如何加载的，java又是如何根据这些class文件得到JVM中需要的信息（备注：我在此处实在是想不到更好的描述，望读者可以给出更好的描述）
1.1 类加载器（类加载的工具）
类加载器子系统包含一条加载器链，只有一个“原生的类加载器”他是jvm实现的一部分，可以用来记载本地jar包内的class，若涉及加载网络上的类，或者是web服务器应用，可以挂接额外的类加载器。
1.2 Java使用一个类所需的准备工作
1.2.1 动态加载
所有的类都是第一次使用的时候，动态加载到JVM中。创建对类的静态成员的引用，加载这个类。Java程序在开始运行的时候并非完全加载，类都是用的地方在加载，这就是动态加载
①：首先检查这个类是否被加载
②：如果没有加载，再去根据类名查找.class文件，加载类的字节码，并校验是否存在不良代码,
测试代码如下：
//candy.java public class Candy { static { System.out.println("loading Candy"); } } //cookie.java public class Cookie { static { System.out.println("loading Cookie"); } } //Gum.java public class Gum { static { System.out.println("loading Gum"); } } //TestMain.java public class TestMain { public static void main(String[] args) { System.out.println("inside main"); new Candy(); System.out.println("After create Candy"); try { Class.forName("com.RuntimeTypeInformation.Gum"); } catch (ClassNotFoundException e) { System.out.println("Could not find Class"); } System.out.println("After Class.forName"); new Cookie(); System.out.println("After new Cookie()"); } static void printClassInfo(Class c){ System.out.println("Class Name :"+c.getName() +"is interface? :" + c.isInterface() +"simple Name "+ c.getSimpleName() ); }
从输出结果可以清楚看到;class对象仅在需要的时候才会加载，static初始化是在类加载的时候进行
1.2.2 链接
验证类中的字节码，为静态域分配存储空间。如果必须的话，将解析这个类创建的对其他类的所有引用
1.2.3 初始化
如果该类存在超类，对其初始化，执行静态初始化器和静态代码块。初始化延迟至 对静态方法或者非静态方法首次引用时执行
二：Java中RTTI
2.1 ：为什么要用到运行时类型信息（就是RTTI）
实际开发中，需求并不是一成不变的（准确来说是经常变），而每新添加需求如果代码的改动量越小肯定是越能提高效率。比如：
package com.RuntimeTypeInformation.circle; import java.util.Arrays; import java.util.List; abstract class Shape { void draw(){ System.out.println(this+".draw()"); } abstract public String toString(); } class Circle extends Shape{ @Override public String toString() { return "Circle"; } } class Triangle extends Shape{ @Override public String toString() { return "Triangle"; } } public class Shapes{ public static void main(String[] args) { //题外话，Arrays.asList 可变参数列表，可以把传入的多个对象转为一个list List<Shape> shapes = Arrays.asList(new Triangle(),new Circle()); for (Shape shape : shapes) { shape.draw(); } } }
当我想要添加一个新的形状，比如说长方形，我只需要编写一个新类继承Shape即可，而不需要修改调用的地方 。在这里用到了 ”多态“（虽然调用的都是shpe的方法，但是JVM能在运行期
准确的知道应该调用具体哪个子类的方法）
当你第一次了解"多态"，你可能是简单知道堕胎就是这么一回事，那么，现在我们去研究一下，java是怎样处理的.
① 当把Triangle，Circle 放到 List<Shape>时，会向上转型为Shape,丢失具体的类型
② 当从容器中取出Shape对象的时候，List内实际存放的是Object, 在运行期自动将结果转为Shape，这就是RTTI的工作（ 在运行时识别一个对象的类型）
这时候，如果客户需求又改了，说不希望画的结果存在圆形。应对这种需求，我们可以采用RTTI 查询某个shape引用所指向的具体类型（具体怎么用，可以接着往下看）
2.2 ：RTTI在运行时如何表示
Java的核心思想就是:”一切皆是对象“，比如我们对形状抽象，得到圆形类，三角形类。但我们 对这些类在做一次抽象，得到class用于描述类的一般特性
上图是我用画图画的（有点捞见谅），如果我们可以拿到对象的class,我们就可以利用RTTI得到具体的java类。至于如何拿到Class和怎样用Class得到准确的类，继续往下看。
2.3 : Class对象
每一个类都存在与之对应的Class对象（保存在.class文件中），根据class得到具体的对象，请参考“第一章节 类的加载和初始化”
2.3.1 Class对象获取的方式
①：Class.forName("全限定类名")，得到Class对象，副作用是“如果对应的类没有加载，则会加载类”。找不到会抛出“”ClassNotFoundException”
②：如果有对象，可以直接用对象得到与之对应的Class对象 比如
Shape shape = new Circle(); shape.getClass()
③ ;通过类字面常量 ： Shape.class.推荐用该方法，第一是编译器会做检查，第二是根除了对forName的调用，提高效率
2.3.2： Class对象的常用方法
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| forName() | (1)获取Class对象的一个引用，但引用的类还没有加载(该类的第一个对象没有生成)就加载了这个类。 (2)为了产生Class引用，forName()立即就进行了初始化。 |
| Object-getClass() | 获取Class对象的一个引用，返回表示该对象的实际类型的Class引用。 |
| getName() | 取全限定的类名(包括包名)，即类的完整名字。 |
| getSimpleName() | 获取类名(不包括包名) |
| getCanonicalName() | 获取全限定的类名(包括包名) |
| isInterface() | 判断Class对象是否是表示一个接口 |
| getInterfaces() | 返回Class对象数组，表示Class对象所引用的类所实现的所有接口。 |
| getSupercalss() | 返回Class对象，表示Class对象所引用的类所继承的直接基类。应用该方法可在运行时发现一个对象完整的继承结构。 |
| newInstance() | 返回一个Oject对象，是实现“虚拟构造器”的一种途径。使用该方法创建的类，必须带有无参的构造器。 |
| getFields() | 获得某个类的所有的公共（public）的字段，包括继承自父类的所有公共字段。 类似的还有getMethods和getConstructors。 |
| getDeclaredFields | 获得某个类的自己声明的字段，即包括public、private和proteced，默认但是不包括父类声明的任何字段。类似的还有getDeclaredMethods和getDeclaredConstructors。 |
2.3.3 泛化的Class
Class引用表示它所指向的对象的确切类型，java1.5之后，允许开发者对Class引用所指向的Class对象进行限定，也就是添加泛型。
public static void main(String[] args) { Class<Integer> intclass = int.class; intclass = Integer.class; }
这样可以在编译器进行类型检查，当然可以通过 “通配符” 让引用泛型的时候放松限制 ，语法 : Class<?>
目的：
①：为了可以在编译器就做类型检查
② ： 当 Class<Circle> circle = circle.getClass(); circle.newInstance() 会得到具体的类型 。但此处需注意：
public class Shapes{ public static void main(String[] args) throws InstantiationException, IllegalAccessException { Class<Circle> circles = Circle.class; Circle circle = circles.newInstance();//第一：泛化class.newInstance可以直接得到具体的对象 Class<? super Circle> shape = circles.getSuperclass(); Object shape1 = shape.newInstance();//第二：它的父类，只能用逆变的泛型class接收，newInstance得到的是Object类型 } }
2.3 ： RTTI形式总结：
①：传统的类型转换，比如我们在上边的demo中用到的 shape.draw();
②：利用Class，获取运行时信息。
③：得到具体的对象
三：Java利用反射获取运行时类型信息
如果不知道某一个对象引用的具体类型（比如已经上转型的对象），RTTI可以得到。但前提是这个类型编译器必须已知（那些是编译期不可知呢？ 磁盘文件或者是网络连接中获取一串代表类的字节码）
跨网络的远程平台上提供创建和运行对象的能力 这被称为 RMI(远程方法调用)，下面会具体的介绍一下 RMI的实现方式
反射提供了一种机制，用于检查可用的方法，并返回方法名，调用方法。
3.1 ： 获取的方式
Java中提供了jar包 ，Java.lang.reflect 和Class对象一起对反射的概念提供支持。
3.1.1 Java.lang.reflect ：
该类库中包含了Field Method Constructor.这些类型的对象在JVM运行时创建,用于表示未知类里对应的成员。从而：
①：用Constructor创建对象，用get set读取Field内的字段
②：用Method.invoke()调用方法
③：用getFields(）、getMethods()、getConstuctors() 得到与之对应的数组
3.1.2 RTTI和RMI的区别
检查对象，查看对象属于哪个类，加载类的class文件
①：RTTI会在编译期打开和检查.class文件
②：RMI 在编译期是 看不到.class文件。只能在运行期打开和检查.class文件
3.2 : 动态代理
3.2.1 我假设你对“代理模式”存在一定的了解（还是简单说一下，代理模式就是在接口和实现之前加一层，用于剥离接口的一些额外的操作）下面是代理模式的示例代码：
public interface Subject { public void doSomething(); } public class RealSubject implements Subject { public void doSomething() { System.out.println( "call doSomething()" ); } } public class ProxyHandler implements InvocationHandler { private Object proxied; public ProxyHandler( Object proxied ) { this.proxied = proxied; } public Object invoke( Object proxy, Method method, Object[] args ) throws Throwable { //在转调具体目标对象之前，可以执行一些功能处理 //转调具体目标对象的方法 return method.invoke( proxied, args); //在转调具体目标对象之后，可以执行一些功能处理 } }
3.2.2 动态代理就是：动态的创建代理并动态地处理对其所代理的方法的调用。可以参考 "彻底理解JAVA动态代理" ，"深度剖析JDK动态代理机制"。可以理解为更加灵活的代理模式
① 动态代理使用步骤：
1.通过实现InvocationHandler接口来自定义自己的InvocationHandler;
2.通过Proxy.getProxyClass获得动态代理类
public class MyProxy { public interface IHello{ void sayHello(); } static class Hello implements IHello{ public void sayHello() { System.out.println("Hello world!!"); } } //自定义InvocationHandler static class HWInvocationHandler implements InvocationHandler{ //目标对象 private Object target; public HWInvocationHandler(Object target){ this.target = target; } public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { System.out.println("------插入前置通知代码-------------"); //执行相应的目标方法 Object rs = method.invoke(target,args); System.out.println("------插入后置处理代码-------------"); return rs; } } public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException { //生成$Proxy0的class文件 System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true"); IHello ihello = (IHello) Proxy.newProxyInstance(IHello.class.getClassLoader(), //加载接口的类加载器 new Class[]{IHello.class}, //一组接口 new HWInvocationHandler(new Hello())); //自定义的InvocationHandler ihello.sayHello(); } }
② ：动态代理的原理，列举一下参考文献把：（本质上还是用到了反射）
③ 动态代理应用以及备注说明 ：
JDK实现动态代理需要实现类通过接口定义业务方法 (接下来我会简单说一下Cglib实现动态代理)。第二是动态代理非常重要 是反射一个极其重要的模块，很多框架都离不开动态代理，比如Spring 。所以，推荐读者在多去研究一下。
④：Cglib实现动态代理
参考文档： cglib动态代理介绍(一)
CGLIB是一个强大的高性能的代码生成包。它广泛的被许多AOP的框架使用，例如spring AOP和dynaop，为他们提供方法的interception（拦截）。最流行的OR Mapping工具hibernate也使用CGLIB来代理单端single-ended(多对一和一对一)关联（对集合的延迟抓取，是采用其他机制实 现的）。EasyMock和jMock是通过使用模仿（moke）对象来测试Java代码的包。它们都通过使用CGLIB来为那些没有接口的类创建模仿 （moke）对象。
CGLIB包的底层是通过使用一个小而快的字节码处理框架ASM，来转换字节码并生成新的类。除了CGLIB包，脚本语言例如 Groovy和BeanShell，也是使用ASM来生成java的字节码。当不鼓励直接使用ASM，因为它要求你必须对JVM内部结构包括class文 件的格式和指令集都很熟悉
"在运行期扩展java类及实现java接口"，补充的是java动态代理机制要求必须实现了接口，而cglib针对没实现接口的那些类，原理是通过继承这些类，成为子类，覆盖一些方法，所以cglib对final的类也不生效
cglib实现动态代理的demo：参考 CGLib动态代理原理及实现
这是要代理的类：
public class SayHello { public void say(){ System.out.println("hello everyone"); } }
代理类的核心
public class CglibProxy implements MethodInterceptor{ private Enhancer enhancer = new Enhancer(); public Object getProxy(Class clazz){ //设置需要创建子类的类 enhancer.setSuperclass(clazz); enhancer.setCallback(this); //通过字节码技术动态创建子类实例 return enhancer.create(); } //实现MethodInterceptor接口方法 public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable { System.out.println("前置代理"); //通过代理类调用父类中的方法 Object result = proxy.invokeSuper(obj, args); System.out.println("后置代理"); return result; } }
测试结果：
public class DoCGLib { public static void main(String[] args) { CglibProxy proxy = new CglibProxy(); //通过生成子类的方式创建代理类 SayHello proxyImp = (SayHello)proxy.getProxy(SayHello.class); proxyImp.say(); } }
四： Java反射在实际开发中应用
通常，我们在一般的业务需求中是用不到反射的，但我们在更加动态的代码时，我们就可以选择反射来实现（例如对象序列化和 JavaBean）。主要的逻辑我在上边都已经说明了，所以接下来 更多的是代码展示：
实际开发中，在运行时得到Class信息，获取method ，通过反射method.invoke()调用方法。这样做是出于AOP的设计思想。举例来说，我一个传统的web项目，我可以同过http直接传递请求给后台servlet，假如我想添加一个记录日志，或者是在请求的session中添加一个信息，如果只有一个请求，我可以直接在htttp加，但实际上请求会很多，这是我为什么在sevlet外在抽出一层，通过反射调用servlet
当然，很多框架其实也为我们提供了拦截的配置（这是后话）
4.1 ：在web项目中创建统一的拦截层
doPost(..){ //这是项目中的setvlet统一的拦截层，接下来我们看一下 actionInvoker.invoke ... else if (requestType.equalsIgnoreCase("image")) { try { ActionClassInfo actionClassInfo = actionInvoker.getClassInfo(action, request, response); actionClassInfo.setArgs(queryStringMap); Object object = actionInvoker.invoke(actionClassInfo); response.addHeader("accept-ranges", "bytes"); byte[] bytes = (byte[]) object; response.addHeader("Content-type", "application/png"); response.addHeader("content-length", String.valueOf(bytes.length)); response.getOutputStream().write(bytes, 0, bytes.length); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } catch (Throwable e) { e.printStackTrace(); } finally { response.getOutputStream().flush(); response.getOutputStream().close(); } } }
actionInvoker.invoke（）方法代码如下： 在这方法内，我就可以添加我想要的处理，比如先判断是否在缓存中存在，核心的只有 method.invoke
public Object invoke(ActionClassInfo action) throws Exception { // 执行方法之前 Object cache = null; for (Object object : action.getProxys()) { if (object instanceof Intercepter){ cache = ((Intercepter) object).before(action); if(cache != null && object instanceof RedisCacheHandler){ return cache; //缓存的结果直接返回 } } } Method method = action.getMethod(); Object business = action.getClazz(); Map<Object, Object> args = action.getArgs(); method.setAccessible(true); Object result = method.invoke(business, args); // 执行方法后 for (Object object : action.getProxys()) { if (object instanceof Intercepter) result = ((Intercepter) object).after(result, action); } return result; }
4.2 ： 用于webService服务 ：和servlet做同意拦截，用反射去调用方法的目的一样（添加一些想要的处理，比如校验用户）。核心也是反射调用方法
以上是关于Java 反射在实际开发中的应用的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章