java反射应用及内存过程解析

mocas_wang 

分类专栏： java基础

版权

目录

反射概述

创建运行时类的对象

操作CLASS对象

调用指定的方法

setAccessible

反射操作泛型

Java内存分析

类的加载过程

类的加载与ClassLoader的理解

加载：

链接：

执行类构造器clinit()方法的过程。

什么时候会发生类初始化？

类的主动引用（一定会发生类的初始化）

类的被动引用（不会发生类的初始化）

类加载器

---

反射概述

Class 本身也是一个类，Class 对象只能由系统建立对象。一个加载的类在 JVM 中只会有一个Class实例，一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件。每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成，通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构。

Class类是Reflflection的根源，针对任何你想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的Class对象

反射是：指程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力

反射是一种能力，所以给的定义就是说明了它能干嘛。

我们平时用反射主要做：

• 获取类型的相关信息
• 动态调用方法
• 动态构造对象
• 从程序集中获得类型

1. package com.reflection; //测试各种类型获得Class对象的方式

2. public class Test3 {

3. public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

4. Person person = new Student();

5. System.out.println("这个人是:"+person.name);

6. //获得class办法一:通过对象获得

7. Class clazz1 = person.getClass();

8. //获得class办法二:通过字符串获得(包名+类名)

9. Class clazz2 = Class.forName("com.reflection.Student");

10. //获得class办法三:通过类的静态成员class获得

11. Class clazz3 = Person.class;

12. //获得class办法四:只针对内置的基本数据类型

13. Class clazz4 = Integer.TYPE;

14. //获得父类类型

15. Class clazz5 = clazz2.getSuperclass();

16. }

17. }

18. class Person {

19. public String name;

20. public Person() { }

21. public Person(String name) {

22. this.name = name;

23. }

24. @Override

25. public String toString() {

26. return "Person{" + "name='" + name + '\'' + '}';

27. }

28. }

29. class Student extends Person{

30. public Student(){

31. this.name = "学生";

32. }

33. }

34. class Teacher extends Person{

35. public Teacher(){

36. this.name = "老师";

37. }

38. }

创建运行时类的对象

通过反射获取运行时类的完整结构：Field、Method、Constructor、Superclass、Interface、Annotation

• 实现的全部接口
• 所继承的父类
• 全部的构造器
• 全部的方法
• 全部的Field
• 注解
• ......

1. // 获取类的信息

2. public class Test08 {

3. public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {

4. // 1--反射获取Class对象

5. Class c1 = Class.forName("com.pit.reflection.User");

6.  

7. //获得类的名字

8. System.out.println(c1.getName()); //获得包名+类名：com.pit.reflection.User

9. System.out.println(c1.getSimpleName()); //获得类名：User

10.  

11. System.out.println("所有public属性========================================");

12. // 获得类的所有public属性

13. Field[] fields = c1.getFields(); //只能找到public属性，所有公有字段！！！

14. for (Field field : fields) {

15. System.out.println(field);

16. }

17.  

18. System.out.println("所有属性========================================");

19. // 获取到类的所有属性

20. fields = c1.getDeclaredFields(); //找到全部属性

21. for (Field field : fields) {

22. System.out.println(field);

23. }

24.  

25. System.out.println("指定属性及其值========================================");

26. //获取指定属性的值，类的name属性

27. Field name = c1.getDeclaredField("name");

28. System.out.println(name);

29.  

30. System.out.println("类的public方法========================================");

31. // 获取类中所有public公有方法，包括父类中的和实现接口中的所有public 方法

32. Method[] methods = c1.getMethods();

33. for (Method method : methods) {

34. System.out.println("getMethods:" + method);

35. }

36.  

37. System.out.println("类的所有方法========================================");

38. // 获取本类中所有的方法 包括public、private和protected，不包括父类中申明的方法

39. methods = c1.getDeclaredMethods(); //获得本类的所有方法

40. for (Method method : methods) {

41. System.out.println("getDeclaredMethods:" + method);

42. }

43.  

44. System.out.println("获得指定方法========================================");

45. //获得指定方法：（方法名，参数列表）

46. Method getName = c1.getMethod("getName", null);

47. Method setName = c1.getMethod("setName", String.class);

48. System.out.println(getName);

49. System.out.println(setName);

50.  

51. System.out.println("无参构造函数========================================");

52. //获得指定的构造器，无参构造函数的参数为null，故不写

53. Constructor[] constructors = c1.getConstructors();

54. for (Constructor constructor : constructors) {

55. System.out.println("getConstructors:" + constructor);

56. }

57.  

58. System.out.println("所有构造函数========================================");

59. //获取到所有已声明的构造参数

60. constructors = c1.getDeclaredConstructors();

61. for (Constructor constructor : constructors) {

62. System.out.println("getDeclaredConstructors:"+constructor);

63. }

64.  

65. System.out.println("指定参数的构造函数========================================");

66. //获得指定的构造器：（不同参数，构造函数不同）

67. Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);

68. System.out.println("构造器:"+declaredConstructor);

69.  

70. }

71. }

小结

• 在实际的操作中，取得类的信息的操作代码，并不会经常开发。

• 一定要熟悉java.lang.reflflect包的作用，反射机制。

• 如何取得属性、方法、构造器的名称，修饰符等。

操作CLASS对象

创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法

• 类必须有一个无参数的构造器。
• 类的构造器的访问权限需要足够
• 思考？难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗？
• 只要在操作的时候明确，调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。

步骤如下：

• 通过Class类的getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)取得本类的指定形参类型的构造器
• 向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数。
• 通过Constructor实例化对象

1. // 1--获得Class对象：加载类，指定类的完全限定名：包名+类名

2. Class c1 = Class.forName("com.pit.reflection.User");

3. // 构造1个对象，默认生成object对象，需要强制类型转换

4. User user = (User) c1.newInstance(); //本质是调用了类的无参构造器

5. System.out.println(user); //User{name='null', id=0, age=0}

6. // 2--通过构造器创建对象，有参构造函数！！！

7. Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);

8. // 3--newInstance方法默认生成object对象，需要强制类型转换

9. User user2 = (User) constructor.newInstance("郭靖", 001, 23);

10. System.out.println(user2);

11.  

12. // 通过反射调用普通方法，c1为反射Class对象

13. User user3 = (User) c1.newInstance();

14. // 通过反射获取1个方法：（方法名，参数）

15. Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);

16. // invoke：**的意思，参数=(操作对象，"方法的参数值")

17. setName.invoke(user3, "杨过");

18. System.out.println(user3.getName());

调用指定的方法

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成

通过Class类的getMethod(String name,Class…parameterTypes)方法取得一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型。

之后使用Object invoke(Object obj, Object[] args)进行调用，并向方法中传递要设置的obj对象的参数信息。

Object 对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null

若原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null

若原方法形参列表为空，则Object[] args为null

若原方法声明为private,则需要在调用此invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，将可访问private的方法。

1. // 通过反射操作属性

2. // 1--获得Class对象：加载类，指定类的完全限定名：包名+类名

3. Class c1 = Class.forName("com.pit.reflection.User");

4. // 默认生成Object对象，强制类型转换成User对象

5. User user4 = (User) c1.newInstance();

6. // name属性为private，获取会发生错误！关闭掉权限检测会成功运行！

7. Field name = c1.getDeclaredField("name");

8. // 不能直接操作私有属性，需要关闭程序的安全检测

9. name.setAccessible(true);

10. //对name属性设置值：欧阳锋

11. name.set(user4, "欧阳锋");

12. System.out.println(user4.getName());

1):获取方法所在类的字节码对象.
2):获取方法对象.
3):使用反射调用方法.
------------------------------------------------------------------------
如何使用反射调用一个方法:
在Method类中有方法:
public Object invoke(Object obj,Object... args):表示调用当前Method所表示的方法
      参数:
            obj: 表示被调用方法底层所属对象
                 Method m = clz.getMethod("sayHi",String.class);
            args:表示调用方法是传递的实际参数
      返回:
            底层方法的返回结果

调用私有方法:
  在调用私有方法之前:应该设置该方法为可访问的,又因为Method是AccessibleObject子类,所以Method中具有该方法.
sayHello.setAccessible(true);

1. public class User {

2. public void doWork() {

3. System.out.println("User doWork()");

4. }

5.  

6. public static void doWork(String name) {

7. System.out.println("User doWork()"+name);

8. }

9.  

10. private String sayHello(String name, int age) {

11. System.out.println("User sayHello()"+name+","+age);

12. return name + "," + age;

13. }

14. }

1. import java.lang.reflect.Method;

2.  

3. public class InvokeMethodDemo {

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

5. Class<User> user = User.class;

6. //调用doWork()

7. Method method1 = user.getMethod("doWork");

8. method1.invoke(user.newInstance());//User doWork()

9. System.out.println("================================");

10. //调用doWork(String name)

11. Method method2 = user.getMethod("doWork", String.class);

12. method2.invoke(user.newInstance(), "杨哥");//User doWork()杨哥

13. System.out.println("================================");

14. //调用private String sayHello(String name,int age)

15. Method method3 = user.getDeclaredMethod("sayHello", String.class,int.class);

16. method3.setAccessible(true);//设置可访问私有的成员

17. String ret = (String) method3.invoke(user.newInstance(), "杨哥",18);//User sayHello()杨哥,18

18. System.out.println(ret);

19. }

20. }

setAccessible

Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法。

setAccessible作用是启动和禁用访问安全检查的开关。

参数值为true：指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查。

提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被调用，那么请设置为true。使得原本无法访问的私有成员也可以访问

参数值为false：指示反射的对象应该实施Java语言访问检查

反射操作泛型

Java采用泛型擦除的机制来引入泛型 , Java中的泛型仅仅是给编译器javac使用的,确保数据的安全性和免去强制类型转换问题 , 但是 , 一旦编译完成 , 所有和泛型有关的类型全部擦除

为了通过反射操作这些类型 , Java新增了 ParameterizedType , GenericArrayType , TypeVariable和 WildcardType 几种类型来代表不能被归一到Class类中的类型但是又和原始类型齐名的类型.

ParameterizedType : 表示一种参数化类型,比如Collection

GenericArrayType : 表示一种元素类型是参数化类型或者类型变量的数组类型

TypeVariable : 是各种类型变量的公共父接口

WildcardType : 代表一种通配符类型表达式

1. //通过反射获取泛型

2. public class Test11 {

3. //定义两个带泛型的方法

4. public void test01(Map<String, User> map, List<User> list) {

5. System.out.println("test01");

6. }

7.  

8. public Map<Integer, User> test02() {

9. System.out.println("test02");

10. return null;

11. }

12.  

13. public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {

14. // 获得指定test01方法的参数泛型信息

15. Method m = Test11.class.getMethod("test01", Map.class, List.class);

16. Type[] genericParameterTypes = m.getGenericParameterTypes();

17. // 遍历参数泛型

18. for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {

19. System.out.println("#" + genericParameterType);

20. // 判断该类型的真实泛型类型

21. if (genericParameterType instanceof ParameterizedType) {

22. // 获取泛型中的真实类信息；返回数组：元素为声明该种泛型的类

23. Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();

24. for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {

25. System.out.println("泛型类型:" + actualTypeArgument);

26. }

27. }

28. }

29.  

30. System.out.println("=======================================================");

31.  

32. // test02方法没有参数

33. Method test02 = Test11.class.getMethod("test02", null);

34. // 因为test02没有参数，所以获取其返回值类型

35. Type genericReturnType = test02.getGenericReturnType();

36. System.out.println("#" + genericReturnType);

37. if (genericReturnType instanceof ParameterizedType) {

38. Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();

39. for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {

40. System.out.println("泛型类型：" + actualTypeArgument);

41. }

42. }

43. }

44. }

45. /*

46.  

47. #java.util.Map<java.lang.String, com.pit.reflection.User>

48. 泛型类型:class java.lang.String

49. 泛型类型:class com.pit.reflection.User

50. #java.util.List<com.pit.reflection.User>

51. 泛型类型:class com.pit.reflection.User

52. =======================================================

53. #java.util.Map<java.lang.Integer, com.pit.reflection.User>

54. 泛型类型：class java.lang.Integer

55. 泛型类型：class com.pit.reflection.User

56.  

57. */

Java内存分析

类的加载过程

JRE：Java运行环境（Java Runtime Environment，简称JRE）

JVM：Java Virtual Machine（Java虚拟机）

类的加载与ClassLoader的理解

加载：

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.Class对象.

链接：

将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。

验证：确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题
准备：正式为类变量（static）分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。
解析：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。
初始化：

执行类构造器clinit()方法的过程。

类构造器clinit()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的构造器）。
当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

什么时候会发生类初始化？

类的主动引用（一定会发生类的初始化）

• 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类
• new一个类的对象
• 调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法
• 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
• 当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化它的父类

类的被动引用（不会发生类的初始化）

当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化。如：当通过子类引用父类的静

态变量，不会导致子类初始化

通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化

引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）

1. //测试类什么时候会初始化

2. public class Test06 {

3. static {

4. // 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类

5. System.out.println("Main类被加载！！！");

6. }

7. public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

8. //1.主动引用：new一个类的对象

9. Son son = new Son();// 初始化子类时，先会初始化其父类！

10.  

11. //主动引用：调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法

12. System.out.println(Son.m);

13.  

14. //反射也会产生主动引用

15. Class.forName("com.pit.reflection.Son");

16.  

17. //被动引用：子类Son访问父类的静态变量，不会产生子类引用，父类引用产生

18. System.out.println(Son.b);

19.  

20. //被动引用：数组只是占据了空间，没有初始化类;通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化

21. Son[] array = new Son[5];

22.  

23. // 被动引用：常量,并不引起父类子类的初始化;（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）

24. System.out.println(Son.M);

25.  

26. }

27. }

28.  

29. class Father {

30. static int b = 2;

31. static{

32. System.out.println("父类被加载！！！");

33. }

34. }

35. class Son extends Father{

36. static int m = 100;

37. static final int M = 1;

38.  

39. static {

40. System.out.println("子类被加载！！！");

41. m = 300;

42. }

43. }

类加载器

类加载的作用：
将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据 — 转换成 —> 方法区的运行时数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口。

类缓存：
标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器中，它将维持加载（缓存）一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象

类加载器作用是用来把类(class)装载进内存的。JVM 规范定义了如下类型的类的加载器

此处需要了解双亲委派机制！！！

1. public class Test07 {

2. public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

3. //获取系统类的加载器

4. ClassLoader systemclassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();

5. System.out.println(systemclassLoader );

6.  

7. //获取系统类加载器的父类加载器 -> 扩展类加我器

8. ClassLoader parent=systemclassLoader.getParent();

9. System.out.println(parent);

10.  

11. //获取扩展类加载器的父类加我器-> 根加载器（C / c++），C++编写，获取不到，为null

12. ClassLoader parent1 =parent.getParent();

13. System.out.println(parent1);

14.  

15. //测试当前类是那个加载器加载的：用户类的加载器那肯定是APP类加载器

16. ClassLoader classLoader = Class.forName("com.pit.reflection.Test07").getClassLoader();

17. System.out.println(classLoader);

18.  

19. //测试JDK内置类是谁加载的：内置类的加载器是C/C++写的，该加载器无法直接获取

20. ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();

21. System.out.println(classLoader1);

22.  

23. //获取系统类加载器的加载路径

24. System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

25. /*

26. C:\MySoftWare_yk\IntelliJ IDEA 2019.3.2\lib\junit-4.12.jar;

27. C:\MySoftWare_yk\IntelliJ IDEA 2019.3.2\lib\hamcrest-core-1.3.jar;

28. G:\IDEA_java_code\注解和反射\out\production\注解和反射;

29. C:\MySoftWare_yk\IntelliJ IDEA 2019.3.2\lib\idea_rt.jar

30. */

31.  

32. // 双亲委派机制

33. }

34. }