反射(reflection)

1.一个需求引出反射

cat类型

public class Cat {
    private String name = "招财猫";
    public int age=3;

    public Cat() {
    }

    public Cat(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void hi(){
        System.out.println("hi,我是"+name);
    }
}

public static void main(String[] args) throws Exception{

        Properties properties = new Properties();
        properties.load(new FileInputStream("C:\\ide\\IdeaProjects\\llp-javase\\javacode\\chapter23\\re.properties"));

        String classfullpath = properties.get("classfullpath").toString();//"com.llp.Cat"
        String methodName = properties.get("method").toString();//"hi"
        System.out.println(classfullpath);
        System.out.println(methodName);

        //创建对象，传统方法行不通
//        Cat cat = new classfullpath(); //   Cat cat =  new com.llp.Cat();

        //引入反射
        //通过类全名获取Class对象
        Class cls = Class.forName(classfullpath);
        //通过Class获取对象
        Object o = cls.newInstance();
        //通过Class获取方法名为methodName的方法对象
        Method method = cls.getMethod(methodName);
        //执行方法
        method.invoke(o);
    }

2.反射机制

2.1 Java Reflection

类加载器加载完类之后，在堆中生成的Class类就像是原来类的一个镜像包含了类中的所有信息

2.2 反射机制原理

2.3反射相关的类

public static void main(String[] args) throws Exception{

        Properties properties = new Properties();
        properties.load(new FileInputStream("C:\\ide\\IdeaProjects\\llp-javase\\javacode\\chapter23\\re.properties"));

        String classfullpath = properties.get("classfullpath").toString();//"com.llp.Cat"
        String methodName = properties.get("method").toString();//"hi"
        System.out.println(classfullpath);
        System.out.println(methodName);

        //创建对象，传统方法行不通
//        Cat cat = new classfullpath(); //   Cat cat =  new com.llp.Cat();

        //引入反射
        //通过类全名获取Class对象
        Class cls = Class.forName(classfullpath);
        //通过Class获取对象
        Object o = cls.newInstance();
        //通过Class获取方法名为methodName的方法对象
        Method method = cls.getMethod(methodName);
        //执行方法
        method.invoke(o);

        //java.lang.reflect.Field: 代表类的成员变量, Field对象表示某个类的成员变量
        //得到name字段
//        Field name = cls.getField("name");
        //getField不能得到私有的属性
        Field nameField = cls.getField("age");
        System.out.println(nameField.get(o)); // 传统写法 对象.成员变量 , 反射 :  成员变量对象.get(对象)

        //java.lang.reflect.Constructor: 代表类的构造方法, Constructor对象表示构造器
        Constructor constructor = cls.getConstructor(); //获取无参构造
        System.out.println(constructor);//public com.llp.Cat()

        Constructor constructor1 = cls.getConstructor(String.class);//获取有参构造
        System.out.println(constructor1);//public com.llp.Cat(java.lang.String)

    }

2.4反射的优缺点

public class Reflection02 {
    public static int TIMES = 900000000;
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        m1();
        m2();
    }

    public static void m1() throws Exception {
        Class<?> cls = Class.forName("com.llp.Cat");
        Object o = cls.newInstance();
        Method method = cls.getMethod("hi");
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < TIMES; i++) {
            method.invoke(o);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("m1()耗时:"+(end-start)+"毫秒");
    }

    public static void m2(){
        Cat cat = new Cat();
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < TIMES; i++) {
            cat.hi();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("m2()耗时:"+(end-start)+"毫秒");
    }

}

可以看到通过反射调用耗费的时间要长很多，执行速度也慢很多

2.5 反射调用优化-关闭访问检查

public static void m3() throws Exception {
        Class<?> cls = Class.forName("com.llp.Cat");
        Object o = cls.newInstance();
        //关闭访问检查
        Method method = cls.getMethod("hi");
        method.setAccessible(true);
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < TIMES; i++) {
            method.invoke(o);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("m3()耗时:"+(end-start)+"毫秒");
    }

可以看到我们关闭访问检查之后，执行速度稍有提升

Method、Filed、Constructor同理

3.Class类

3.1Class类分析

public static void main(String[] args) throws Exception {
        String classFullName = "com.llp.Cat";
        Class<?> cls = Class.forName(classFullName);
        Class<?> cls2 = Class.forName(classFullName);
        System.out.println(cls.hashCode());//460141958
        System.out.println(cls2.hashCode());//460141958
    }

3.2Class常用方法

String classAllPath = "com.hspedu.Car";
        //1 . 获取到Car类 对应的 Class对象
        //<?> 表示不确定的Java类型
        Class<?> cls = Class.forName(classAllPath);
        //2. 输出cls
        System.out.println(cls); //显示cls对象, 是哪个类的Class对象 com.hspedu.Car
        System.out.println(cls.getClass());//输出cls运行类型 java.lang.Class
        //3. 得到包名
        System.out.println(cls.getPackage().getName());//包名
        //4. 得到全类名
        System.out.println(cls.getName());
        //5. 通过cls创建对象实例
        Car car = (Car) cls.newInstance();
        System.out.println(car);//car.toString()
        //6. 通过反射获取属性 brand ,这里不能获取到私有属性
        Field brand = cls.getField("brand");
        System.out.println(brand.get(car));//宝马
        //7. 通过反射给属性赋值
        brand.set(car, "奔驰");
        System.out.println(brand.get(car));//奔驰
        //8 我希望大家可以得到所有的属性(字段)
        System.out.println("=======所有的字段属性====");
        Field[] fields = cls.getFields();
        for (Field f : fields) {
            System.out.println(f.getName());//名称
        }

3.3获取Class对象的方式

//1. Class.forName
        String classAllPath = "com.hspedu.Car"; //通过读取配置文件获取
        Class<?> cls1 = Class.forName(classAllPath);
        System.out.println(cls1);

        //2. 类名.class , 应用场景: 用于参数传递
        Class cls2 = Car.class;
        System.out.println(cls2);

        //3. 对象.getClass(), 应用场景，有对象实例
        Car car = new Car();
        Class cls3 = car.getClass();
        System.out.println(cls3);

        //4. 通过类加载器【4种】来获取到类的Class对象
        //(1)先得到类加载器 car
        ClassLoader classLoader = car.getClass().getClassLoader();
        //(2)通过类加载器得到Class对象
        Class cls4 = classLoader.loadClass(classAllPath);
        System.out.println(cls4);

        //cls1 , cls2 , cls3 , cls4 其实是同一个对象
        System.out.println(cls1.hashCode());
        System.out.println(cls2.hashCode());
        System.out.println(cls3.hashCode());
        System.out.println(cls4.hashCode());

        //5. 基本数据(int, char,boolean,float,double,byte,long,short) 按如下方式得到Class类对象
        Class<Integer> integerClass = int.class;
        Class<Character> characterClass = char.class;
        Class<Boolean> booleanClass = boolean.class;
        System.out.println(integerClass);//int

        //6. 基本数据类型对应的包装类，可以通过 .TYPE 得到Class类对象
        Class<Integer> type1 = Integer.TYPE;
        Class<Character> type2 = Character.TYPE; //其它包装类BOOLEAN, DOUBLE, LONG,BYTE等待
        System.out.println(type1);

        System.out.println(integerClass.hashCode());//1163157884
        System.out.println(type1.hashCode());//1163157884

3.4 java中哪些类型有Class对象

示例

Class<String> cls1 = String.class;//外部类
        Class<Serializable> cls2 = Serializable.class;//接口
        Class<Integer[]> cls3 = Integer[].class;//数组
        Class<float[][]> cls4 = float[][].class;//二维数组
        Class<Deprecated> cls5 = Deprecated.class;//注解
        //枚举
        Class<Thread.State> cls6 = Thread.State.class;
        Class<Long> cls7 = long.class;//基本数据类型
        Class<Void> cls8 = void.class;//void数据类型
        Class<Class> cls9 = Class.class;//

3.5类加载

1.类加载时机

2.类加载过程图

3.类加载各阶段完成任务

4.加载阶段

5. 连接阶段-验证

6.连接阶段-准备

7.连接阶段-解析

8.Initialization（初始化)

3.6反射获取类的结构信息

public class ReflectionUtils {
    public static void main(String[] args) {

    }

    @Test
    public void api_02() throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException {
        //得到Class对象
        Class<?> personCls = Class.forName("com.hspedu.reflection.Person");
        //getDeclaredFields:获取本类中所有属性
        //规定 说明: 默认修饰符 是0 ， public  是1 ，private 是 2 ，protected 是 4 , static 是 8 ，final 是 16
        Field[] declaredFields = personCls.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            System.out.println("本类中所有属性=" + declaredField.getName()
                    + " 该属性的修饰符值=" + declaredField.getModifiers()
                    + " 该属性的类型=" + declaredField.getType());
        }

        //getDeclaredMethods:获取本类中所有方法
        Method[] declaredMethods = personCls.getDeclaredMethods();
        for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
            System.out.println("本类中所有方法=" + declaredMethod.getName()
                    + " 该方法的访问修饰符值=" + declaredMethod.getModifiers()
                    + " 该方法返回类型" + declaredMethod.getReturnType());

            //输出当前这个方法的形参数组情况
            Class<?>[] parameterTypes = declaredMethod.getParameterTypes();
            for (Class<?> parameterType : parameterTypes) {
                System.out.println("该方法的形参类型=" + parameterType);
            }
        }

        //getDeclaredConstructors:获取本类中所有构造器
        Constructor<?>[] declaredConstructors = personCls.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor<?> declaredConstructor : declaredConstructors) {
            System.out.println("====================");
            System.out.println("本类中所有构造器=" + declaredConstructor.getName());//这里老师只是输出名

            Class<?>[] parameterTypes = declaredConstructor.getParameterTypes();
            for (Class<?> parameterType : parameterTypes) {
                System.out.println("该构造器的形参类型=" + parameterType);
            }



        }

    }

    //第一组方法API
    @Test
    public void api_01() throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException {

        //得到Class对象
        Class<?> personCls = Class.forName("com.hspedu.reflection.Person");
        //getName:获取全类名
        System.out.println(personCls.getName());//com.hspedu.reflection.Person
        //getSimpleName:获取简单类名
        System.out.println(personCls.getSimpleName());//Person
        //getFields:获取所有public修饰的属性，包含本类以及父类的
        Field[] fields = personCls.getFields();
        for (Field field : fields) {//增强for
            System.out.println("本类以及父类的属性=" + field.getName());
        }
        //getDeclaredFields:获取本类中所有属性
        Field[] declaredFields = personCls.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            System.out.println("本类中所有属性=" + declaredField.getName());
        }
        //getMethods:获取所有public修饰的方法，包含本类以及父类的
        Method[] methods = personCls.getMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println("本类以及父类的方法=" + method.getName());
        }
        //getDeclaredMethods:获取本类中所有方法
        Method[] declaredMethods = personCls.getDeclaredMethods();
        for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
            System.out.println("本类中所有方法=" + declaredMethod.getName());
        }
        //getConstructors: 获取所有public修饰的构造器，包含本类
        Constructor<?>[] constructors = personCls.getConstructors();
        for (Constructor<?> constructor : constructors) {
            System.out.println("本类的构造器=" + constructor.getName());
        }
        //getDeclaredConstructors:获取本类中所有构造器
        Constructor<?>[] declaredConstructors = personCls.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor<?> declaredConstructor : declaredConstructors) {
            System.out.println("本类中所有构造器=" + declaredConstructor.getName());//这里老师只是输出名
        }
        //getPackage:以Package形式返回 包信息
        System.out.println(personCls.getPackage());//com.hspedu.reflection
        //getSuperClass:以Class形式返回父类信息
        Class<?> superclass = personCls.getSuperclass();
        System.out.println("父类的class对象=" + superclass);//
        //getInterfaces:以Class[]形式返回接口信息
        Class<?>[] interfaces = personCls.getInterfaces();
        for (Class<?> anInterface : interfaces) {
            System.out.println("接口信息=" + anInterface);
        }
        //getAnnotations:以Annotation[] 形式返回注解信息
        Annotation[] annotations = personCls.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println("注解信息=" + annotation);//注解
        }


    }
}

class A {
    public String hobby;

    public void hi() {

    }

    public A() {
    }

    public A(String name) {
    }
}

interface IA {
}

interface IB {

}

@Deprecated
class Person extends A implements IA, IB {
    //属性
    public String name;
    protected static int age; // 4 + 8 = 12
    String job;
    private double sal;

    //构造器
    public Person() {
    }

    public Person(String name) {
    }

    //私有的
    private Person(String name, int age) {

    }

    //方法
    public void m1(String name, int age, double sal) {

    }

    protected String m2() {
        return null;
    }

    void m3() {

    }

    private void m4() {

    }
}

3.7通过反射创建对象

public class ReflecCreateInstance {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {

        //1. 先获取到User类的Class对象
        Class<?> userClass = Class.forName("com.hspedu.reflection.User");
        //2. 通过public的无参构造器创建实例
        Object o = userClass.newInstance();
        System.out.println(o);
        //3. 通过public的有参构造器创建实例
        /*
            constructor 对象就是
            public User(String name) {//public的有参构造器
                this.name = name;
            }
         */
        //3.1 先得到对应构造器
        Constructor<?> constructor = userClass.getConstructor(String.class);
        //3.2 创建实例，并传入实参
        Object hsp = constructor.newInstance("hsp");
        System.out.println("hsp=" + hsp);
        //4. 通过非public的有参构造器创建实例
        //4.1 得到private的构造器对象
        Constructor<?> constructor1 = userClass.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
        //4.2 创建实例
        //暴破【暴力破解】 , 使用反射可以访问private构造器/方法/属性, 反射面前，都是纸老虎
        constructor1.setAccessible(true);
        Object user2 = constructor1.newInstance(100, "张三丰");
        System.out.println("user2=" + user2);
    }
}

class User { //User类
    private int age = 10;
    private String name = "韩顺平教育";

    public User() {//无参 public
    }

    public User(String name) {//public的有参构造器
        this.name = name;
    }

    private User(int age, String name) {//private 有参构造器
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public String toString() {
        return "User [age=" + age + ", name=" + name + "]";
    }
}

3.8通过反射访问类中的成员

1.访问属性

public class ReflecAccessProperty {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchFieldException {

        //1. 得到Student类对应的 Class对象
        Class<?> stuClass = Class.forName("com.hspedu.reflection.Student");
        //2. 创建对象
        Object o = stuClass.newInstance();//o 的运行类型就是Student
        System.out.println(o.getClass());//Student
        //3. 使用反射得到age 属性对象
        Field age = stuClass.getField("age");
        age.set(o, 88);//通过反射来操作属性
        System.out.println(o);//
        System.out.println(age.get(o));//返回age属性的值

        //4. 使用反射操作name 属性
        Field name = stuClass.getDeclaredField("name");
        //对name 进行暴破, 可以操作private 属性
        name.setAccessible(true);
        //name.set(o, "老韩");
        name.set(null, "老韩~");//因为name是static属性，因此 o 也可以写出null
        System.out.println(o);
        System.out.println(name.get(o)); //获取属性值
        System.out.println(name.get(null));//获取属性值, 要求name是static

    }
}

class Student {//类
    public int age;
    private static String name;

    public Student() {//构造器
    }

    public String toString() {
        return "Student [age=" + age + ", name=" + name + "]";
    }
}

2.访问方法

public class ReflecAccessMethod {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException {

        //1. 得到Boss类对应的Class对象
        Class<?> bossCls = Class.forName("com.hspedu.reflection.Boss");
        //2. 创建对象
        Object o = bossCls.newInstance();
        //3. 调用public的hi方法
        //Method hi = bossCls.getMethod("hi", String.class);//OK
        //3.1 得到hi方法对象
        Method hi = bossCls.getDeclaredMethod("hi", String.class);//OK
        //3.2 调用
        hi.invoke(o, "韩顺平教育~");

        //4. 调用private static 方法
        //4.1 得到 say 方法对象
        Method say = bossCls.getDeclaredMethod("say", int.class, String.class, char.class);
        //4.2 因为say方法是private, 所以需要暴破，原理和前面讲的构造器和属性一样
        say.setAccessible(true);
        System.out.println(say.invoke(o, 100, "张三", '男'));
        //4.3 因为say方法是static的，还可以这样调用 ，可以传入null
        System.out.println(say.invoke(null, 200, "李四", '女'));

        //5. 在反射中，如果方法有返回值，统一返回Object , 但是他运行类型和方法定义的返回类型一致
        Object reVal = say.invoke(null, 300, "王五", '男');
        System.out.println("reVal 的运行类型=" + reVal.getClass());//String


        //在演示一个返回的案例
        Method m1 = bossCls.getDeclaredMethod("m1");
        Object reVal2 = m1.invoke(o);
        System.out.println("reVal2的运行类型=" + reVal2.getClass());//Monster


    }
}

class Monster {}
class Boss {//类
    public int age;
    private static String name;

    public Boss() {//构造器
    }

    public Monster m1() {
        return new Monster();
    }

    private static String say(int n, String s, char c) {//静态方法
        return n + " " + s + " " + c;
    }

    public void hi(String s) {//普通public方法
        System.out.println("hi " + s);
    }
}

4.通过反射自定义注解

4.1利用反射自定义注解进行参数校验

person类

public class Person {
    @LimitSize(value = "名字超出最大长度限制",limitSize = 10,notNull = true)
    private String name;

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

测试方法

public class MyTest {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("张三1211212121212121212");
        AssertUtil.check(person);
    }
}

自定义注解

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface LimitSize {

    String value();
    //限制字符串最大长度
    int limitSize();
    //是否校验空
    boolean notNull() default true;
}

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface NotNull {
    String value();
}

工具类

public class AssertUtil {

    /**
     * 八大基本类型，与createModel中定义的class顺序相同
     */
    private static Class<?>[] classes = new Class[]{int.class, long.class, float.class, double.class,
            char.class, boolean.class, byte.class, short.class, String.class, Integer.class, Long.class, Double.class};

    /**
     * @param target 可能为八大基本类型的class
     * @return int 索引
     * @Description 如果是八大基本类型则进行装包
     * @date 2019/10/4 6:12
     */
    static int getBasicField(Class<?> target) {
        for (int i = 0; i < classes.length; i++) {
            if (target.equals(classes[i])) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 开始校验
     * @param obj
     */
    public static void check(Object obj) {
        Class clazz = obj.getClass();
        toAsserts(clazz, obj);
    }

    /**
     * 判断注解类型
     * @param cls
     * @param obj
     */
    private static void toAsserts(Class cls, Object obj) {
        Field[] declaredFields = cls.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            if (declaredField.isAnnotationPresent(LimitSize.class)) {
                limitSize(declaredField, obj);
            }else if(declaredField.isAnnotationPresent(NotNull.class)){
                notNull(declaredField, obj);
            }
        }
    }

    /**
     * 参数不为空
     * @param declaredField
     * @param obj
     */
    private static void notNull(Field declaredField, Object obj) {
        NotNull notNull = declaredField.getAnnotation(NotNull.class);
        Object val = getFieldVal(declaredField, obj);
        if (val == null) {
            throwException(notNull.value());
        }
        //判断是否为基本类型
        if (getBasicField(val.getClass()) == -1) {
            toAsserts(val.getClass(), val);
        }
    }

    /**
     * 长度限制
     * @param declaredField
     * @param obj
     */
    private static void limitSize(Field declaredField, Object obj) {
        LimitSize limitSize = declaredField.getAnnotation(LimitSize.class);
        Object val = getFieldVal(declaredField, obj);
        //判断是否为空,true开启非空校验
        if (limitSize.notNull()) {
            if (val == null) {
                throwException(limitSize.value());
            }
        }
        //值不为空则验证长度
        if (val != null && (val.toString().length() > limitSize.limitSize())) {
            throwException(limitSize.value());
        }
    }

    private static Object getFieldVal(Field declaredField, Object obj) {
        try {
            //允许调用私有的方法
            declaredField.setAccessible(true);
            //反射获取字段值
            return declaredField.get(obj);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    //抛出异常
    private static void throwException(String value) {
        throw new RuntimeException(value);
    }

}