关于JAVA 反射 基础知识/编码经验的一些总结

写在前面

• 温习一下毕业以来学习的东西。准备做成一个系列。所以对于每一部分技术点进行一个笔记整理。更多详见 ​​java面试的一些总结​​
• 笔记主要是以网上开源的一本​​《Java核心面试知识整理》​​​面试笔记为原型，结合​​工作中学习​​​的知识。​​《Effective Java》​​​、​​《编写高质量代码(改善Java程序的151个建议)》​​这两本书为方向进行整理。
• 笔记立足​​DevOps​​​。开发+运维+测试三个方向 ,面向对​​JAVA有一定了解​​​的小伙伴用于​​温习​​​，因为​​理论较多一点​​。在不断更新，博文内容理解不足之处请小伙伴留言指正。

傍晚时分，你坐在屋檐下，看着天慢慢地黑下去，心里寂寞而凄凉，感到自己的​​生命被剥夺​​​了。当时我是个年轻人，但我害怕这样生活下去，衰老下去。在我看来，这是​​比死亡更可怕的事​​。--------王小波

二、JAVA 反射

​​动态语言​​

动态语言，是指程序在运行时可以​​改变其结构​​​：新的函数可以引进，已有的函数可以被删除等结构上的变化。比如常见的 ​​JavaScript 就是动态语言​​​，除此之外 Ruby,​​Python 等也属于动态语言​​​，而 C、C++则​​不属于动态语言​​​。从反射角度说 ​​JAVA 属于半动态语言​​。

反射机制概念(运行状态中知道类所有的属性和方法)

​​反射(Reflection)机制​​​允许程序在运行时借助​​Reflection API​​​取得任何​​类​​​的​​内部信息​​​，并不能直接操作对象的内部属性及方法。反射被视为​​动态语言的关键​​。

​​白话讲解​​​：在 Java 中的​​反射机制​​​是指在​​运行状态​​​中，对于​​任意一个类​​​都能够知道这个类​​所有的属性和方法​​​；并且对于​​任意一个对象​​​，都能够调用它的​​任意一个方法​​​；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能成为​​Java 语言的反射机制​​。

JAVA 反射 API

如果面试被问到，对于反射API了你了解多少？怎么回答。

​​Reflection API​​​提供了​​Constructor​​​，​​Field​​​和​​Method​​​类，这三个类定义在​​java.lang.reflect​​​包中，分别用于描述类的​​构造方法​​​，​​属性​​​和​​方法​​​。​​JAVA8​​​之后在在​​java.lang.reflect​​​包中添加了​​Executable​​​抽象类，​​parameter​​​l类这两个API，​​Executable​​​描述类的​​执行对象​​​，​​parameter​​描述方法参数信息。

当然，获取这些反射APl的实例信息，还需要一个最重要对象​​元类Class​​​，​​java.lang.Class​​​类封装一个对象和接口运行时的状态。当​​类加载​​​时​​Class​​​类型的对象​​自动创建​​​，​​Class​​​没有​​公共构造方法​​​，其对象是​​JVM​​​在类加载时通过类加载器中的​​defineClass()​​​方法自动构造的，不能​​显示​​​的实例化一个​​class对象​​。

如果面试被问到你刚才说了​​类加载​​，你可以讲讲类加载么？

所谓​​类加载​​​，就是指将​​类​​​的​​class文件​​​读入​​内存​​​，并为之创建一个​​Java.lang.class对象​​​。即当​​线程​​​使用任何一个类时，系统都会为之创建一个​​java.lang.Class​​​对象。​​java​​​可以使用使用​​forName动态加载类文件​​​，​​动态加载(Dynamic Loading)​​​是指在程序​​运行时​​​加载需要的​​类库文件​​​，对Java程序来说，一般情况下，一个​​类文件​​​在​​启动​​​时或​​首次初始化​​​时会被​​加载到内存中​​​，而反射则可以在运​​行时决定​​​是否要​​加载一个类​​​，一个类文件只有在被加载到内存中才可能生成实例对象，即加载到内存中，生成​​Class​​​对象，通过​​new​​​关键字生成​​实例对象​​。

每个​​类被加载​​​之后，会生成一个​​Class对象​​​，通过​​Class对象​​​可以访问​​JVM​​​中该类的信息，一旦类被载入​​JVM中​​​，​​同一个类​​​将不会被​​再次载入​​​，被载入的类都有一个​​唯一的标识​​​，是该​​类​​​得到​​全限定类名(包括包名和类名)​​。

Class

Class常用方法：

如果面试被问到你对​​Class对象​​了解多少,说几个常用方法，怎么回答？

这里需要注意的是(​​Method​​​、​​Constructor​​的也一样):

• 调用​​getDeclaredFields()​​​方法可以获取包括​​私有​​​和​​受保护​​​的​​所有属性​​​，但​​不包括​​​父类的​​属性​​；
• 调用​​getField()​​​方法可以获得所有的​​public属性​​​。包括​​从父类继承​​的。

获取​​Class对象​​的四种方式：

如果面试被问到如何获取Class对象，怎么回答？

1. 使用​​Class类​​​的​​forName(String classNmae)​​​静态方法,参数​​class​​​代表所需要​​类的全限定类名​​​。​​forName()​​​方法声明抛出​​ClassNotFoundException​​​受检异常，调用必须​​捕获或抛出异常​​。

Class<?> reflection_demoClass = Class.forName("com.liruilong.Reflection.Reflection_Demo");

2. 调用某个类的​​class属性​​​来获取该类对应的​​Class对象​​​，​​对象.class​​​;类的​​Class属性​​​获得该类所对应的​​Class对象​​​，会始代码​​更安全​​​。​​程序性更好​​​。​​string​​​类型的字符串不能使用​​String.class​​​方式。需要使用​​Class.forName（“java.lang.String”）​​​，​​Object​​​类的​​.class​​文件默认是不包含参数信息的。

Class<Reflection_Demo> reflection_demoClass = Reflection_Demo.class;

3. 调用某个类的​​getclass()​​​方法来获取该类对应的​​class对象​​​，该方法是​​Object类中的一个方法​​

Class<? extends Reflection_Demo> aClass = new Reflection_Demo().getClass();

4. 调用元类Class对应的​​getClassLoader()​​​获取类加载器，​​ClassLoader​​，这个有点牵强，姑且算一种吧，嘻嘻。。

ClassLoader classLoader = Reflection_Demo.class.getClassLoader();
 Class<?> bClass = classLoader.loadClass("com.liruilong.Reflection.Reflection_Demo");

下面我们看看剩下的API吧！

Executable

​​Executable抽象类​​​：​​JAVA8​​​在​​java.lang.reflect​​​包下新增了一个​​Executable​​​抽象类，代表可执行的类成员。​​Executable​​​抽象类派生了​​Constructor​​​和​​Method​​​两个子类。​​Executable​​​抽象类提供了大量方法来获取​​参数​​​，​​修饰符​​​或​​注解​​等信息。

Constructor

​​Constructor类​​​：用于表示类的​​构造方法​​​。通过​​Class​​​的​​getConstructor()​​​方法来获取​​构造方法​​​的​​集合​​。

Method

​​Method类​​​：用于封装方法的信息，调用​​Class​​​对象的​​getMethods(）​​​方法或​​getMethod()​​可以获取当前类的所有方法或指定的方法。

Field

​​Field类​​​：用于封装属性信息，调用​​Class​​​对象的​​getFields()​​​或​​getField()​​​方法可以获取当前类的​​所有属性​​​或​​指定属性​​。

parameter

​​parameter类​​：是JAVA8中新增的API，每个paramtete 对象代表一个参数。Parameter类提供许多方法来获取参数信息

利用反射创建​​对象​​的的两种方式：

如果面试被问到使用反射如何创建对象，怎么回答？

• ​​Class 对象的 newInstance()​​​: 使用 ​​Class​​​对象的 ​​newInstance()​​​方法来创建该​​Class​​​ 对象对应类的实例，但是这种方法要求该 ​​Class​​​对象对应的​​类有默认​​​的​​空构造器​​。

Class<?> reflection_demoClass = Class.forName("com.liruilong.Reflection.Reflection_Demo");
            Reflection_Demo o = (Reflection_Demo) reflection_demoClass.newInstance();

            System.out.println(o);// com.liruilong.Reflection.Reflection_Demo@677327b6

• 调用​​Constructor​​​对象的​​newInstance()​​​: 先使用 ​​Class​​​对象获取指定的 ​​Constructor​​​对象，再调用​​Constructor​​​对象的​​newInstance()​​​方法来创建 ​​Class​​​ 对象对应类的实例,通过这种方法可以​​选定构造方法创建实例​​。

Class<?> reflection_demoClass = Class.forName("com.liruilong.Reflection.Reflection_Demo");
        Constructor<?> constructors = reflection_demoClass.getConstructor(null);
            Reflection_Demo o1 = (Reflection_Demo) constructors.newInstance(null);

            System.out.println(o1); // com.liruilong.Reflection.Reflection_Demo@14ae5a5

关于反射的一些其他编码经验：

如果面试问关于反射，平常开发中有哪些经验，要怎么回答？

• 注意​​Class类本身​​的特殊性：Java语言把​​Java源文件编译​​​为后缀为​​class​​​的​​字节码文件​​​，然后通过​​ClassLocale​​​机制把类文件​​加载​​​到​​内存​​​中，最后​​生成实例执行​​​，Java使用​​元类(MetaClass）​​​来描述​​加载​​​到​​内存中​​​的​​类数据​​​，即​​Class类​​​，描述​​类​​​的​​类对象​​​，需要注意​​Class的一些特性​​。

• ​​无构造函数​​，不能主动实例化，Class对象在加载时由java虚拟机通过类加载器中的defineClass自动构造。
• ​​可以描述基本类型 Class as=int.class;​​​8个基本类型执行​​JVM​​​中并不是​​一个对象​​​，一般​​存在​​​于​​栈中​​​，通过​​Class​​​可以​​描述​​​它们，可以使用​​int.calss​​​描述​​int类型​​​的​​类对象​​。
• ​​Class对象都是单例模式​​​，一个Class对象描述​​一个类​​​，只描述一个类，即一个类只有​​一个Class对象​​​。​​Class是java 的反射入口​​​，只有在获得一个类的​​动态描述​​​时才能​​动态的加载调用​​。

• 适时选择​​getDeclaredXXX​​​和​​getXXX​​​：​​getDeclaredMethod​​​方法获得的是所有​​public访问级别​​​的方法，包括从​​父类继承来​​​的方法，而​​getDeclareMethod​​​获得自身类的​​所有方法​​​，包括​​公有的(public)​​​，​​私有(private)​​​,方法等，不受​​访问权限限制​​​。如果需要​​列出​​​所有​​继承自父类的方法​​​，可以​​先获得父类​​​，然后​​使用getDeclareMethods​​​，之后​​持续递归​​。
• 反射访问​​属性​​或​​方法​​时将​​Accessible​​设置为​​true​​，​​java​​​中通过​​反射执行方法​​​的步骤，获取一个​​对象的方法​​​，然后根据​​isAccessible​​​返回值确定是​​否能执行​​​，如果返回​​false​​​，则需要调用​​setAccessible(true)​​​,在调用​​invoke​​执行方法。

• ​​Access​​​并不是​​语法层次​​​理解的​​访问权限​​​，而是指​​是否更容易获得​​​，​​是否进行安全检查​​​。动态的​​修改​​​一个类或方法或执行方法时都会受到​​Java安全体系的制约​​​，而​​安全处理​​​非常​​消耗资源​​​，所以对于​​运行期​​​要执行的方法或修改的属性就​​提供了Accessible可选项​​​，由开发者决定是否要​​逃避安全体系的检查​​。
• ​​AccessibleObject​​​是​​field​​​，​​Method​​​，​​constructor​​​的​​父类​​​，​​决定​​​其​​是否​​​可以​​快速访问​​​而不进行​​访问控制检查​​​，​​AccessobleObject​​​类中是以​​override​​变量保存该值的。

• ​​Accessible​​​属性只是用来判断是否需要进行安全检查的，如果不需要则直接执行，可以​​提升系统性能​​​. ​​AccessibleObject​​​的其他两个子类​​field​​​和 ​​constructor​​​也相似，所以要设置​​Accessible​​​为​​true​​。

Method  method= genericDemo.class.getMethod("toArray");
    if(!method.isAccessible())
       method.setAccessible(true);
    method.invoke(obj, args);
  
public class Foo {
  public final void doStuff() {
    System.out.println("Do liruilong ___$# ^_^");
  }
  public static void main(String[] args) throws Exception, Throwable {
    Method method = Foo.class.getMethod("doStuff");
    System.out.println("可以访问吗！！"+method.isAccessible());
    method.invoke(new Foo());
  }

• 动态加载不适合数组，当使用forName加载一个类时，8个基本类型排除，它不是一个具体的类，还要具有可追索的类路径，否则包ClassNotFoundException异常。数组虽然是一个类，但没有定义类路径，可以加载编译后的对象动态动态加载一个对象数组，但是没有意义。在java中数组是定长的，没有长度的数组是不允许存在的。可以使用Array数组反射类来动态加载一个数组。

//动态创建一个数组
String [] strs = (String[]) Array.newInstance(String.class,8);
int[][] ints = (int [][])Array.newInstance(int.class,2,3);

• 动态可以让代理模式更灵活，java的反射框架提供了动态代理(Dynamic Proxy)机制，允许在运行期对目标对象生成代理，
  静态代理：通过代理主题角色和具体主题角色共同实现抽象主题角色的逻辑的，只是代理主题角色把相关的执行逻辑委托给了具体主题角色而已。

静态代理：

interface  subject{
    public void  request();
}
class RealSubject implements subject{
    public void request(){
        
    }
}
class Proxy implements subject{
    private subject subjects = null;
    public Proxy(){
        subjects = new  RealSubject();
    }
    public Proxy(subject subjects){
        this.subjects =subjects; 
    }
    public void request(){
        befoer();
        subjects.request();
        afert();
    }
    public void befoer(){}
    public void afert(){}
}

java基于java.lang.reflect.​​Proxy​​​用于实现动态代理，使​​SubjectHandler​​​作为主要的逻辑委托对象，​​invoke​​​是必须要实现的，完成对真实方法的调用。即通过​​InvocationHandler​​​接口的​​实现类来实现​​​，所有被代理的方法都是由​​InvocationHandler​​​接管实际的​​处理任务​​。

动态代理

interface  subject{
    public void  request();
}
class RealSubject implements subject{
    public void request(){

    }
}
class SubjectHandler implements InvocationHandler{
    private subject subjects;
    
    private SubjectHandler(subject subjects) {
        this.subjects = subjects;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("预处理");
        Object obj = method.invoke(subjects,args);
        System.out.println("后处理");
        return obj;
    }
}
//场景类
 public static void main(String[] args)  {
      
      subject subjects = new RealSubject();
      InvocationHandler handler = new SubjectHandler(subjects);
      //当前加载器
      ClassLoader cl = subjects.getClass().getClassLoader();
      //动态代理
      subject proxy = (subject) Proxy.newProxyInstance(cl,subjects.getClass().getInterfaces().request(),handler);
      //执行具体的角色方法
      proxy.request();
    }

• 使用反射增加​​装饰模式​​的普遍性，装饰模式：动态的给一个对象添加一些额外的职责。使用动态代理可以实现装饰模式。

//动物
interface Animal{
    public void doStuff();
}
//老鼠
class Rat implements Animal{
    @Override
     public void doStuff(){
        System.out.println("Jetty Tom");
     }
}
//定义某种能力
interface  Featuer{
    public void load();
}

class FlyFeatuer implements Featuer{
    public void load(){
        System.out.println("增加 一支翅膀");
    }
}
class DigFeatuer implements Featuer{
    public void load(){
        System.out.println("增加钻地能力！");
    }
}

class DecorateAnimal implements Animal{
    private Animal animal;
    private Class<? extends Featuer> clz;
    public DecorateAnimal(Animal animal,Class<? extends Featuer> clz){
        this.animal = animal;
        this.clz = clz;
    }
    @Override
    public  void doStuff(){
        InvocationHandler handler = new InvocationHandler() {
            //具体的包装行为
            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                Object obj = null;
            //设置包装
                // public class Modifier
                // extends ObjectModifier类提供了static方法和常量来解码类和成员访问修饰符。 修饰符集合被表示为具有表示不同修饰符的不同位位置的整数。
        //method.getModifiers()返回由该对象表示的可执行文件的Java语言modifiers 。
         if (Modifier.isPublic(method.getModifiers())){
                obj = method.invoke(clz.newInstance(),args);
         }
         animal.doStuff();
                return obj;
            }
        };
        ClassLoader cl = getClass().getClassLoader();
        Featuer Proxy = (Featuer) java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance(cl,clz.getInterfaces(),handler);
        Proxy.load();
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args)  {
        //定义Jerry老树
        Animal Jerry = new Rat();
        Jerry = new DecorateAnimal(Jerry,FlyFeatuer.class);
        Jerry = new DecorateAnimal(Jerry,DigFeatuer.class);
        Jerry.doStuff();

}
}

• 反射让模板方法模式更强大，模板方法模式：定义一个操作中的算法骨架，将一些步骤延迟到子类中，使子类不改变一个算法的结构即可定义该算法的某些特定的步骤，即父类定义抽象模板为骨架，其中包括基本方法(由子类实现的方法，并且在模板方法被调用)和模板方法(实现对基本方法的调用，完成固定的逻辑)

public abstract class AbsPopulator{
    public final void dataInitialing() throws Exception{
        doInit();
    }
    protected  abstract void doInit();
}
public class UserPopulator extends AbsPopulator{
    protected void doInit(){}
    /*初始化用户表，如创建，加载数据等*/
}

基于反射增强的模板方法

public abstract class AbsPopulator{
    public final void dataInitialing() throws Exception{
        //获得所有public方法
        Method[] methods = getClass().getMethods();
        for(Method m:methods){
            //判断是否是数据初始化方法
            if(isIinitDataMethod(m)){
                m.invoke(this);
            }
        }
    }

    private boolean isIinitDataMethod(Method m) {
        return m.getName().startsWith("init")&&//init开始
                Modifier.isPublic(m.getModifiers())&&//公开的方法
                m.getReturnType().equals("Void.Type")&&//返回类型为void
                !m.isVarArgs()&&//输入参数不为空
                 !Modifier.isAbstract(m.getModifiers());//不能为抽象方法
    }
}
    public class UserPopulator extends AbsPopulator{
    public void Inituser(){}
    public void InitPassword(){}
    public void InitJobz(){}
    public void Inituser(){}
    /*初始化用户表，如创建，加载数据等*/
   
}

使用反射后，不需要定义任何抽象方法，只需要定义一个基本的方法鉴别器，即可加载否和规则的基本方法，模板方法根据鉴别器返回执行相应的方法。

• 不需要太多的关注反射效率，获得一个泛型类的实际泛型类型。这个Demo有点问题，以后再研究

class Utils{
    //获得一个泛型类的实际泛型类型
    public static <T> Class<T> getGenricClassType(Class clz) {
        //返回 Type表示此所表示的实体（类，接口，基本类型或void）的直接超类 类
        Type type = clz.getGenericSuperclass();
        //ParameterizedType表示一个参数化类型，如Collection <String>。
        if(type instanceof ParameterizedType){
            ParameterizedType pt = (ParameterizedType){
                ParameterizedType pt = (ParameterizedType)type;
                Type[] types = pt.getActualTypeArguments();
                if (types.length>0&&types[0] instanceof Class){
                    return (Class)types[0];
                }
            }
            return (Class)Object.class;
        }
    }
}