【Java】Java 的反射机制（三）：反射的实际运用

G皮T2024-10-21 12:53

《Java 的反射机制》系列，共包含以下文章：

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Java 的反射机制（三）：反射的实际运用

1.获取类的运行时结构

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
java 复制代码 
package com.pp.reflection;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

// 获得类的信息
public class Test07 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, NoSuchFieldException {
        Class c1 = Class.forName("com.pp.reflection.User");

//        User user = new User();
//        c1 = user.getClass();

        // 获得类的名字
        System.out.println("==============获得类的名字");
        System.out.println(c1.getName()); // 获得包名 + 类名
        System.out.println(c1.getTypeName()); // 获得类名

        // 获得类的属性
        System.out.println("\n==============获得类的属性");
        Field[] fields = c1.getFields(); // 只能找到public属性
//        for (Field field : fields) {
//            System.out.println(field);
//        }

        fields = c1.getDeclaredFields(); // 找到全部的属性
        for (Field field : fields) {
            System.out.println(field);
        }

        // 获得指定属性的值
        System.out.println("\n==============获得指定属性的值");
        Field name = c1.getDeclaredField("name");
        System.out.println(name);

        // 获得类的方法
        System.out.println("\n==============获得类的方法");

        Method[] methods = c1.getMethods(); // 获得本类及其父类的全部public方法
        for (Method method : methods) {
            System.out.println("public方法: "+method);
        }
        methods = c1.getDeclaredMethods(); // 获得本类的所有方法(包括私有方法)
        for (Method declaredMethod : methods) {
            System.out.println("所有方法: "+declaredMethod);
        }

        // 获得指定方法
        System.out.println("\n==============获得指定方法");
        Method getName = c1.getMethod("getName", null);
        Method setName = c1.getMethod("setName", String.class);
        System.out.println(getName);
        System.out.println(setName);

        // 获得指定的构造器
        System.out.println("\n==============获得指定的构造器");
        Constructor[] constructors = c1.getConstructors(); // 获得public构造方法
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println("public构造方法: "+constructor);
        }
        Constructor[] declaredConstructors = c1.getDeclaredConstructors(); // 获得所有构造方法
        for (Constructor declaredConstructor : declaredConstructors) {
            System.out.println("所有构造方法: "+declaredConstructor);
        }

        // 获得指定的构造器
        Constructor constructor = c1.getConstructor(String.class, int.class, int.class);
        System.out.println("指定构造方法: "+constructor);
    }
}


  • 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.reflect 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。

2.动态创建对象执行方法

🚀 有了 Class 对象，能做什么？

2.1 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的调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，就可以实例化操作。

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。

2.2 调用指定方法

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。

2.3 Object invoke(Object obj, Object ... args)

  • 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。

2.4 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，则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，则指示反射的对象应该实施 Java 语言访问检查。

2.5 代码示例

java 复制代码 
package com.pp.reflection;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

// 动态的创建对象,通过反射
public class Test08 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        // 获得Class对象
        Class c1 = Class.forName("com.pp.reflection.User");

        // 构造对象
        User user = (User)c1.newInstance(); // 本质是调用了类的无参构造器
        System.out.println(user);

        // 通过构造器创建对象
        Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
        User user2 = (User)constructor.newInstance("猫猫", 001, 18);
        System.out.println(user2);

        // 通过反射调用普通方法
        User user3 = (User)c1.newInstance();

        // 通过反射获取一个方法
        Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);

        // invoke:激活的意思
        // (对象,"方法的值")
        setName.invoke(user3,"狗子");
        System.out.println(user3.getName());

        // 通过反射操作属性
        User user4 = (User)c1.newInstance();
        Field name = c1.getDeclaredField("name");
        // 不能直接操作私有属性, 我们需要关闭程序的安全检测, 属性或者方法的setAccessible(true)
        name.setAccessible(true);
        name.set(user4,"鼠鼠");
        System.out.println(user4.getName());
    }
}

3.性能对比分析

java 复制代码 
package com.pp.reflection;

import java.lang.reflect.Method;

// 分析性能问题
public class Test09 {
    // 普通方式调用
    public static void test01(){
        User user = new User();
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            user.getName();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("普通方式执行10亿次: "+(endTime-startTime)+"ms");
    }

    // 反射方式调用
    public static void test02() throws Exception {
        User user = new User();
        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            getName.invoke(user,null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射方式执行10亿次: "+(endTime-startTime)+"ms");
    }

    // 反射方式调用, 关闭检测
    public static void test03() throws Exception {
        User user = new User();
        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
        getName.setAccessible(true);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            getName.invoke(user,null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("关闭检测执行10亿次: "+(endTime-startTime)+"ms");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        test01();
        test02();
        test03();
    }
}

4.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<String>。
    • 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。
java 复制代码 
package com.pp.reflection;

import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.List;
import java.util.Map;

// 通过反射获取泛型
public class Test10 {
    public void test01(Map<String, User> map, List<User> list) {
        System.out.println("test01");
    }

    public Map<String, User> test02(){
        System.out.println("test02");
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
        Method method = Test10.class.getMethod("test01", Map.class, List.class);

        Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();

        for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
            System.out.println("======== " + genericParameterType);
            if (genericParameterType instanceof ParameterizedType){
                Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    System.out.println(actualTypeArgument);
                }
            }
        }

        method = Test10.class.getMethod("test02",null);

        Type genericReturnType = method.getGenericReturnType();

        if (genericReturnType instanceof ParameterizedType) {
            System.out.println("\n======== " + genericReturnType);
            Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

5.反射操作注解

  • getAnnotations
  • getAnnotation

示例：利用注解和反射完成类和表结构的映射关系。

java 复制代码 
package com.pp.reflection;

import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.Field;

// 练习反射操作注解
public class Test11 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
        Class c1 = Class.forName("com.pp.reflection.Student2");

        // 通过反射获得注解
        System.out.println("========== 通过反射获得注解");
        Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println(annotation);
        }

        // 取得注解的 value 的值
        System.out.println("\n========== 取得注解的 value 的值");
        Tablepp tablepp = (Tablepp) c1.getAnnotation(Tablepp.class);
        String value = tablepp.value();
        System.out.println(value);

        // 获得类指定的注解
        System.out.println("\n========== 获得类指定的注解");
        Field f = c1.getDeclaredField("id");
        Field1 annotation = f.getAnnotation(Field1.class);
        System.out.println(annotation.columnName());
        System.out.println(annotation.type());
        System.out.println(annotation.length());

    }
}

@Tablepp("db_student")
class Student2 {
    @Field1(columnName = "db_id", type = "int", length = 10)
    private int id;
    @Field1(columnName = "db_age", type = "int", length = 10)
    private int age;
    @Field1(columnName = "db_name", type = "varchar", length = 3)
    private String name;
    public Student2() {
    }
    public Student2(int id, int age, String name) {
        this.id = id;
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student2{" +
                "id=" + id +
                ", age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

// 类名的注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Tablepp {
    String value();
}

// 属性的注解
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface  Field1 {
    String columnName();
    String type();
    int length();
}
  • @Target：用于描述注解的使用范围（即被描述的注解可以用在什么地方）。
  • @Retention：表示需要在什么级别保存该注释信息，用于描述注解的生命周期。
    • SOURCE < CLASS < RUNTIME
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