JavaReflection

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title: Java反射原理以及使用 date: 2018-11-21 10:56:52 tags: - Reflect categories: - Java

目录 start

1. 反射
2. 概念
3. 实现原理
4. 基础类
   1. AccessibleObject
   2. Annotation
   3. Class
   4. Field
   5. Method
   6. Constructor
   7. Modifier
5. 使用
   1. 获取Class对象的方式
   2. 反射的基本使用
      1. 操作构造方法
      2. 操作类中方法
      3. 操作类的成员属性
      4. 操作注解
6. 反射的性能问题

目录 end|2020-05-17 16:13|

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反射

Reflection is powerful, but should not be used indiscriminately.
If it is possible to perform an operation without using reflection, then it is preferable to avoid using it.

Offcial Tutorials: reflection

Java反射异常处理之InvocationTargetException

参考: java8--类加载机制与反射(java疯狂讲义3复习笔记) 参考: Java8替代传统反射动态获取成员变量值的一个示例

参考: java反射的性能问题

概念

在运行时 反射使程序能够在运行时探知类的结构信息:构造器,方法,字段... 并且依赖这些结构信息完成相应的操作,比如创建对象,方法调用,字段赋值...
这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

实现原理

参考: RednaxelaFX 关于反射调用方法的一个log

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基础类

Java 反射的实现类

AccessibleObject

The AccessibleObject class is the base class for Field, Method and Constructor objects. It provides the ability to flag a reflected object as suppressing default Java language access control checks when it is used.

AccessibleObject 类是 Field、Method 和 Constructor 对象的基类。它提供了将反射的对象标记为 具有在使用时禁止Java语言的默认访问控制检查的能力。

对于公共成员、默认（打包）访问成员、受保护成员和私有成员，在分别使用 Field、Method 或 Constructor 对象来设置或获得字段、调用方法，或者创建和初始化类的新实例的时候，会执行访问检查。
在反射对象中设置 accessible 标志允许具有足够特权的复杂应用程序（比如 Java Object Serialization 或其他持久性机制）以某种通常禁止使用的方式来操作对象。

将此对象的 accessible 标志设置为指示的布尔值。值为 true 则指示反射的对象在使用时应该取消 Java 语言访问检查。值为 false 则指示反射的对象应该实施 Java 语言访问检查。
此标志不会告诉您java访问修饰符是否可以访问该字段，它会告诉您当前是否忽略这些修饰符。

实际上setAccessible是启用和禁用访问安全检查的开关,并不是为true就能访问为false就不能访问，一般情况下，我们并不能对类的私有字段进行操作，利用反射也不例外，
但有的时候，例如要序列化的时候，我们又必须有能力去处理这些字段，这时候，我们就需要调用AccessibleObject上的setAccessible(true)方法来允许这种访问，
而由于反射类中的Field，Method和Constructor继承自AccessibleObject，因此，通过在这些类上调用setAccessible()方法，我们可以实现对这些字段的操作。
但有的时候这将会成为一个安全隐患，为此，我们可以启用java.security.manager来判断程序是否具有调用setAccessible()的权限。

默认情况下，内核API和扩展目录的代码具有该权限，而类路径或通过URLClassLoader加载的应用程序不拥有此权限。

• 仍然存疑, 什么情况下才是 默认可访问的

Annotation

Class

Field

Method

Constructor

Modifier

The Modifier class provides static methods and constants to decode class and member access modifiers.
API: modifier

Java的访问权限信息啥的都是以2的N次幂来作为表示的 一共有12个常用修饰符 也就使用了12位来标记

    // 公共的, 意义一致
    PUBLIC           = 0x00000001;
    PRIVATE          = 0x00000002;
    PROTECTED        = 0x00000004;
    STATIC           = 0x00000008;
    FINAL            = 0x00000010;
    SYNCHRONIZED     = 0x00000020;
    VOLATILE         = 0x00000040;
    TRANSIENT        = 0x00000080;
    NATIVE           = 0x00000100;
    INTERFACE        = 0x00000200;
    ABSTRACT         = 0x00000400;
    STRICT           = 0x00000800;

    // 不公开, 意义依据方法或者属性 不定
    BRIDGE      = 0x00000040;
    VARARGS     = 0x00000080;
    SYNTHETIC   = 0x00001000;
    ANNOTATION  = 0x00002000;
    ENUM        = 0x00004000;
    MANDATED    = 0x00008000;

• 判断属性是否被 final 修饰 (field.getModifiers() & Modifier.FINAL) != 0
• 移除 final 修饰符 field.getModifiers() & ~Modifier.FINAL

去除属性上的final修饰符

    Field modifiersField = Field.class.getDeclaredField("modifiers");
    modifiersField.setAccessible(true);
    modifiersField.setInt(field, field.getModifiers() & ~Modifier.FINAL);

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使用

具有的功能

1. 在运行时获取任意一个类所具有的成员变量和方法以及泛型类型；
2. 在运行时构造任意一个类的对象；
3. 在运行时调用任意一个对象的方法；
4. 生成动态代理。

泛型擦除的存在, 但是泛型如果被用来进行声明, 类上,字段上,方法参数和方法返回值上,这些属于类的结构信息其实是会被编译进Class文件中的;
而泛型如果被用来使用,常见的方法体中带泛型的局部变量,其类型信息不会被编译进Class文件中。
前者因为存在于Class文件中，所以运行时通过反射还是能够获得其类型信息的;

获取Class对象的方式

所有的反射操作的入口都是从Class对象开始的, 获取Class对象有多种方式

1. 通过类加载器加载class文件
   • Class<?> clazz = Thread.currentThread().getContextClassLoader().loadClass("com.takumiCX.reflect.ClassTest");
2. 通过静态方法 Class.forName() 获取,需要传入类的全限定名字符串作参数
   • Class<?> clazz = Class.forName("com.takumiCX.reflect.ClassTest");
3. 通过 类.class 获得类的Class对象
   • Class<ClassTest> clazz = ClassTest.class;

除了获得的Class对象的泛型类型信息不一样外,还有一个不同点值得注意。只有 forName() 方式 在获得class对象的同时会引起类的初始化

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反射的基本使用

操作构造方法

使用newInstance()操作无参构造方法

使用Class类中的newInstance()方法进行实例化操作， 但该方法必须要求类有无参构造方法

使用Class类中的getConstructors()获取所有构造方法

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    Constructor<?>[] constructors = cls.getConstructors();

使用Class类中的getConstructor获取指定参数类型的构造方法

  Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
  Constructor constructor = cls.getConstructor(String.class, String.class);
  // 实例化对象
  Book book = (Book) constructor.newInstance("java", "123");
  System.out.println(book);

操作类中方法

getDeclaredMethods() 获取类本身定义的所有方法， 不包含由继承获取到的方法

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    Method[] methods = cls.getDeclaredMethods();
    for (Method method : methods) {
        System.out.println(method);
    }

获取指定的方法

    // 传入方法名和参数类型
    Method method = cls.getDeclaredMethod("setName", String.class);

getMethods() 获取所有方法， 包含由继承获取到的方法, 但无法取得自身私有方法

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    Method[] methods = cls.getMethods();
    for (Method method : methods) {
        System.out.println(method);
    }

获取指定的方法

    Method method = cls.getMethod("setName", String.class);

调用方法

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    Object object = cls.newInstance();
    Method method = cls.getMethod("setName", String.class);
    // 调用方法
    method.invoke(object, "hello");

操作类的成员属性

取得所有成员

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    Field[] fields = cls.getDeclaredFields();
    for (Field field : fields) {
        System.out.println(field);
    }

获取单个成员

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    Field field = cls.getDeclaredField("name");
    System.out.println(field);

取得所有成员， 包含由继承获取的成员， 但无法取得自身私有成员

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    Field[] fields = cls.getFields();
    for (Field field : fields) {
        System.out.println(field);
    }

set 和 get 属性的值

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    Object object = cls.newInstance();
    Field field = cls.getDeclaredField("name");
    // 取消Java安全性检查
    field.setAccessible(true);
    // 设置值
    field.set(object, "你好");
    System.out.println(field.get(object));

操作注解

获取类的注解

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    Annotation[] as = cls.getAnnotations();
    for (Annotation a : as) {
        System.out.println(a);
    }

获取指定的Annotation

    Class<?> cls = Class.forName("first.Book");
    GetItem annotation = cls.getAnnotation(Deprecated.class);
    System.out.println(annotation.name());
    System.out.println(annotation.value());

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Github: 更多反射Demo

正常情况下 final修饰的类，变量，方法, 表示不可继承，不可修改，不可重写(override), 但是使用反射能在一定程度上进行修改
被final修饰过的变量，只是说栈存储的地址不能再改变，但是却没有说地址指向的内容不能改变，所以反射可以破final，因为它修改该了以前地址的具体内容，但是没有改地址的信息。

参考 JavaDoc: Java8 Field.set()的文档说明

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反射的性能问题

参考: java反射的性能问题 性能测试对比: 反射 set/get cglib mapstruct

Spring 中的 IOC 主要是依据反射来实现的, 只在启动阶段性能有所损耗, 关注性能以及热点代码最好避免使用反射 例如常见的BeanCopy

优化方案

1. 使用 MapStruct 预先生成转换代码避免反射