反射機(jī)制在Java中的作用有哪些

這篇文章給大家介紹反射機(jī)制在Java中的作用有哪些，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對(duì)大家能有所幫助。

RTTI

RTTI（RunTime Type Information）運(yùn)行時(shí)類型信息，能夠在程序運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)和使用類型信息，把我們從只能在編譯期知曉類型信息并操作的局限中解脫出來(lái)

傳統(tǒng)的多態(tài)機(jī)制正是 RTTI 的基本使用：假設(shè)有一個(gè)基類 Shape 和它的三個(gè)子類 Circle、Square、Triangle，現(xiàn)在要把 Circle、Square、Triangle 對(duì)象放入 List<Shape> 中，在運(yùn)行時(shí)，先把放入其中的所有對(duì)象都當(dāng)作 Object 對(duì)象來(lái)處理，再自動(dòng)將類型轉(zhuǎn)換為 Shape。所有類型轉(zhuǎn)換的正確性檢查都是在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的，這也正是 RTTI 的含義所在：在運(yùn)行時(shí)，識(shí)別一個(gè)對(duì)象的類型

但這樣的類型轉(zhuǎn)換并不徹底，Object 只是被轉(zhuǎn)型為 Shape，而不是更具體的 Circle、Square、Triangle，如果我們希望得到更具體的類型呢？比如說(shuō)我們現(xiàn)在需要旋轉(zhuǎn)所有圖形，但是想跳過(guò)圓形（圓形旋轉(zhuǎn)沒(méi)有意義），這時(shí)可以使用 RTTI 查詢某個(gè) Shape 引用所指向?qū)ο蟮拇_切類型，然后選擇進(jìn)行合適的處理

Class 對(duì)象

眾所周知，每當(dāng)我們編寫并編譯了一個(gè)新類，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè) Class 對(duì)象，它包含了與類有關(guān)的信息。我們可以使用 Class 對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn) RTTI，一旦某個(gè)類的 Class 對(duì)象被載入內(nèi)存，它就可以用來(lái)創(chuàng)建這個(gè)類的所有對(duì)象

Class 對(duì)象都屬于 Class 類型，既然它也是對(duì)象，那我們就可以獲取和操控它的引用。forName() 是 Class 類的一個(gè)靜態(tài)方法，我們可以使用 forName() 根據(jù)目標(biāo)類的全限定名（包含包名）得到該類的 Class 對(duì)象。使用 forName() 會(huì)有一個(gè)副作用，那就是如果這個(gè)類沒(méi)有被加載就會(huì)加載它，而在加載的過(guò)程中，Gum 類的 static 初始?jí)K會(huì)被執(zhí)行。當(dāng) Class.forName() 找不到要加載的類，就會(huì)拋出異常

ClassNotFoundException

Class gumClass = Class.forName("Gum");

使用 Class.forName() 你不需要先持有這個(gè)類型的對(duì)象，但如果你已經(jīng)擁有了目標(biāo)類的對(duì)象，那就可以通過(guò)調(diào)用 getClass() 方法來(lái)獲取 Class 引用，這個(gè)方法來(lái)自根類 Object，它將返回表示該對(duì)象實(shí)際類型的 Class 對(duì)象的引用

Gum gum = new Gum();

Class gumClass = gum.getClass();

另外，你還可以調(diào)用 getSuperclass() 方法來(lái)得到父類的 class 對(duì)象，再用父類的 Class 對(duì)象調(diào)用該方法，重復(fù)多次，你就可以得到一個(gè)完整的類繼承結(jié)構(gòu)

Class 對(duì)象的 newInstance() 方法可以讓你在不知道一個(gè)的確切類型的時(shí)候創(chuàng)建這個(gè)類的對(duì)象，使用 newInstance() 來(lái)創(chuàng)建的類，必須帶有無(wú)參數(shù)的構(gòu)造器

Object obj = gumClass.newInstance();

當(dāng)然，由于得到的是 Object 的引用，目前你只能給它發(fā)送 Object 對(duì)象能接受的調(diào)用。如果你想請(qǐng)求具體對(duì)象才有的調(diào)用，你就得先獲取該對(duì)象的更多類型信息，并執(zhí)行轉(zhuǎn)型

Java 還提供了另一種生成類對(duì)象的引用：類字面常量，這樣做不僅更簡(jiǎn)單，而且更安全，因?yàn)樗诰幾g時(shí)就會(huì)收到檢查（不用放在 try 語(yǔ)句塊中），而且根除了對(duì) forName() 方法的調(diào)用，效率更高

Class gumClass = Gum.class;

類字面常量不僅可以用于普通類，也可以用于接口、數(shù)組以及基本數(shù)據(jù)類型。對(duì)于基本數(shù)據(jù)類型的包裝類，還有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)字段 Type，Type 字段是一個(gè)引用，指向?qū)?yīng)基本數(shù)據(jù)類型的 Class 對(duì)象，例如 int.class 就等價(jià)于 Integer.TYPE。還有一點(diǎn)值得注意的是：使用 .class 語(yǔ)法來(lái)獲得對(duì)類對(duì)象的引用不會(huì)觸發(fā)初始化

到這里我們都知道了，Class 引用總是指向某個(gè) Class 對(duì)象，而 Class 對(duì)象可以用于產(chǎn)生類的實(shí)例。不過(guò)自從 Java 引入泛型以后，我們就可以使用泛型對(duì) Class 引用所指向的 Class 對(duì)象的類型進(jìn)行限定，讓它的類型變得更具體些

Class intClass = int.class;
Class<Integer> genericIntClass = int.class;
intClass = genericIntClass;	// 同一個(gè)東西
// genericIntClass = double.class	非法

好了，既然拿到了 Class 對(duì)象，那我們就可以這個(gè)類的類型信息，常用的方法如下：

類型轉(zhuǎn)換檢測(cè)

到目前為止，我們已知的 RTTI 類型包括：

1. 傳統(tǒng)的類型轉(zhuǎn)換，如多態(tài)
2. 代表對(duì)象類型的 Class 對(duì)象

RTTI 在 Java 中還有第三種形式，那就是關(guān)鍵字 instanceof，它返回一個(gè)布爾值，告訴我們對(duì)象是不是某個(gè)特定類型的實(shí)例，可以用提問(wèn)的方式使用它

Java 還提供了 Class.isInstance() 方法動(dòng)態(tài)檢測(cè)對(duì)象類型，例如

0 instance of String // 編譯報(bào)錯(cuò)
String.class.isInstance(0)	// 可以通過(guò)編譯

反射

如果你不知道對(duì)象的確切類型，RTTI 會(huì)告訴你，但是有一個(gè)限制：必須在編譯時(shí)知道類型，才能使用 RTTI 檢測(cè)它。換句話說(shuō)，編譯器必須知道你使用的所有類

看上去這并不是什么特別大的限制，但假設(shè)你引用了一個(gè)不在程序空間中的對(duì)象，比如你從磁盤文件或網(wǎng)絡(luò)連接中獲得大量的字節(jié)，并被告知這些字節(jié)代表一個(gè)類，那該怎么辦呢？

類 Class 支持反射的概念，java.lang.reflect 庫(kù)中支持類 Field、Method、Constructor（每一個(gè)都實(shí)現(xiàn)了 Member 接口），這些類型的對(duì)象由 JVM 運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建，以表示未知類中的對(duì)應(yīng)成員。通常我們不會(huì)直接使用反射，但反射可以用來(lái)支持其他 Java 特性，例如對(duì)象序列化等

Field 代表類的成員變量（成員變量也稱為類的屬性），Class 類中定義了如下方法用來(lái)獲取 Field 對(duì)象

Field 類定義了如下方法設(shè)置成員變量的信息

Method 代表類的方法，Class 類中定義了如下方法用來(lái)獲取 Method 對(duì)象

Method 類定義了如下方法對(duì)方法進(jìn)行調(diào)用

Constructor 代表類的構(gòu)造器，Class 類中定義了如下方法用來(lái)獲取 Constructor 對(duì)象

Constructor 代表類的構(gòu)造方法

除了成員變量、方法和構(gòu)造器以外，反射還能獲取其他更多的信息，例如注解等，具體可查閱 Java API

反射的強(qiáng)大威力大家已經(jīng)看到了，通過(guò)反射我們甚至可以獲取到一些“本不應(yīng)該獲取”的信息，例如程序員為了降低耦合，往往會(huì)使用接口來(lái)隔離組件，但反射卻可以輕易破解

public interface A {
  void f();
}


class B implements A {
  public void f() {}
  public void g() {}
}

public class InterfaceViolation {
  public static void main(String[] args) {
    A a = new B();
    a.f();
    // a.g(); // 編譯錯(cuò)誤
    if (a instanceof B) {
      B b = (B) a;
      b.g();
    }
  }
}

通過(guò)使用 RTTI，我們發(fā)現(xiàn) a 是用 B 實(shí)現(xiàn)的，只要將其轉(zhuǎn)型為 B，我們就可以調(diào)用不在 A 中的方法。如果你不希望客戶端開(kāi)發(fā)者這樣做，那該如何解決呢？一種解決方案是直接聲明為實(shí)際類型，另一種則是讓實(shí)現(xiàn)類只具有包訪問(wèn)權(quán)限，這樣包外部的客戶端就看不到實(shí)現(xiàn)類了

除了這個(gè)以外，通過(guò)反射可以獲得所有成員信息，包括 private 的，通常這種違反訪問(wèn)權(quán)限的操作并不是十惡不赦的，也許還可以幫助你解決某些特定類型的問(wèn)題

動(dòng)態(tài)代理

代理是基本的設(shè)計(jì)模式之一，一個(gè)對(duì)象封裝真實(shí)對(duì)象，代替真實(shí)對(duì)象提供其他不同的操作，這些操作通常涉及到與真實(shí)對(duì)象的通信，因此代理通常充當(dāng)中間對(duì)象。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的靜態(tài)代理的示例：

interface Interface {  
  void doSomething();
}

class RealObject implements Interface {
  @Override
  public void doSomething() {
    System.out.println("doSomething");
  }
}

class SimpleProxy implements Interface {
  private Interface proxied;

  SimpleProxy(Interface proxied) {
    this.proxied = proxied;
  }

  @Override
  public void doSomething() {
    System.out.println("SimpleProxy doSomething");
    proxied.doSomething();
  }
}

class SimpleProxyDemo {
  public static void consumer(Interface iface) {
    iface.doSomething();
  }

  public static void main(String[] args) {
    consumer(new RealObject());
    consumer(new SimpleProxy(new RealObject()));
  }
}

當(dāng)你希望將額外的操作與真實(shí)對(duì)象做分離時(shí)，代理可能會(huì)有所幫助，而 Java 的動(dòng)態(tài)代理更進(jìn)一步，不僅動(dòng)態(tài)創(chuàng)建代理對(duì)象，而且可以動(dòng)態(tài)地處理對(duì)代理方法的調(diào)用。在動(dòng)態(tài)代理上進(jìn)行的所有調(diào)用都會(huì)重定向到一個(gè)調(diào)用處理程序，該程序負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)調(diào)用的內(nèi)容并決定如何處理，下面是一個(gè)簡(jiǎn)單示例：

class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
  private Object proxied;

  DynamicProxyHandler(Object proxied) {
    this.proxied = proxied;
  }

  @Override
  public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    return method.invoke(proxied, args);
  }
}

class SimpleDynamicProxy {
  public static void consumer(Interface iface) {
    iface.doSomething();
  }

  public static void main(String[] args) {
    RealObject real = new RealObject();
    Interface proxy = (Interface) Proxy.newProxyInstance(
        Interface.class.getClassLoader(),
        new Class[]{Interface.class},
        new DynamicProxyHandler(real));
    consumer(proxy);
  }
}

通過(guò)調(diào)用靜態(tài)方法 Proxy.newProxyInstance() 來(lái)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)代理，該方法需要三個(gè)參數(shù)：類加載器、希望代理實(shí)現(xiàn)的接口列表、以及接口 InvocationHandler 的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。InvocationHandler 正是我們所說(shuō)的調(diào)用處理程序，動(dòng)態(tài)代理的所有調(diào)用會(huì)被重定向到調(diào)用處理程序，因此通常為調(diào)用處理程序的構(gòu)造函數(shù)提供一個(gè)真實(shí)對(duì)象的引用，以便執(zhí)行中間操作后可以轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求

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