Java反射和动态代理详解
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Java反射和动态代理详解
一、反射介绍
1、什么是反射
反射(Reflection)是 Java 程序开发语言的特征之一，它允许运行中的 Java 程序获取自身的信息，并且可以操作类或对象的内部属性。 通过反射机制，可以在运行时访问 Java 对象的属性，方法，构造方法等。
2、反射的应用场景
反射的主要应用场景有：
- 开发通用框架 - 反射最重要的用途就是开发各种通用框架。很多框架（比如 Spring）都是配置化的（比如通过 XML 文件配置 JavaBean、Filter 等），为了保证框架的通用性，它们可能需要根据配置文件加载不同的对象或类，调用不同的方法，这个时候就必须用到反射——运行时动态加载需要加载的对象。
- 动态代理 - 在切面编程（AOP）中，需要拦截特定的方法，通常，会选择动态代理方式。这时，就需要反射技术来实现了。
- 注解 - 注解本身仅仅是起到标记作用，它需要利用反射机制，根据注解标记去调用注解解释器，执行行为。如果没有反射机制，注解并不比注释更有用。
- 可扩展性功能 - 应用程序可以通过使用完全限定名称创建可扩展性对象实例来使用外部的用户定义类。
反射的优点
无视修饰符访问类中的内容。但是这种操作在开发中一般不用，都是框架底层来用的。
反射可以跟配置文件结合起来使用，动态的创建对象，动态的调用方法。
反射的缺点
- 性能开销 - 由于反射涉及动态解析的类型，因此无法执行某些 Java 虚拟机优化。因此，反射操作的性能要比非反射操作的性能要差，应该在性能敏感的应用程序中频繁调用的代码段中避免。
- 破坏封装性 - 反射调用方法时可以忽略权限检查，因此可能会破坏封装性而导致安全问题。
- 内部曝光 - 由于反射允许代码执行在非反射代码中非法的操作，例如访问私有字段和方法，所以反射的使用可能会导致意想不到的副作用，这可能会导致代码功能失常并可能破坏可移植性。反射代码打破了抽象，因此可能会随着平台的升级而改变行为。
二、反射机制
1、类加载过程
类加载的完整过程如下：
- 在编译时，Java 编译器编译好
.java文件之后，在磁盘中产生.class文件。.class文件是二进制文件，内容是只有 JVM 能够识别的机器码。 - JVM 中的类加载器读取字节码文件，取出二进制数据，加载到内存中，解析.class 文件内的信息。类加载器会根据类的全限定名来获取此类的二进制字节流；然后，将字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构；接着，在内存中生成代表这个类的
java.lang.Class对象。 - 加载结束后，JVM 开始进行连接阶段（包含验证、准备、初始化）。经过这一系列操作，类的变量会被初始化。
2、Class 对象
要想使用反射，首先需要获得待操作的类所对应的 Class 对象。Java 中，无论生成某个类的多少个对象，这些对象都会对应于同一个 Class 对象。这个 Class 对象是由 JVM 生成的，通过它能够获悉整个类的结构。所以，java.lang.Class 可以视为所有反射 API 的入口点。
反射的本质就是：在运行时，把 Java 类中的各种成分映射成一个个的 Java 对象。
举例来说，假如定义了以下代码：
User user = new User();
步骤说明：
- JVM 加载方法的时候，遇到
new User()，JVM 会根据User的全限定名去加载User.class。 - JVM 会去本地磁盘查找
User.class文件并加载 JVM 内存中。 - JVM 通过调用类加载器自动创建这个类对应的
Class对象，并且存储在 JVM 的方法区。注意：一个类有且只有一个Class对象。
三、反射的使用
1、java.lang.reflect 包
Java 中的 java.lang.reflect 包提供了反射功能。java.lang.reflect 包中的类都没有 public 构造方法。
java.lang.reflect 包的核心接口和类如下：
Member接口 - 反映关于单个成员(字段或方法)或构造函数的标识信息。Field类 - 提供一个类的域的信息以及访问类的域的接口。Method类 - 提供一个类的方法的信息以及访问类的方法的接口。Constructor类 - 提供一个类的构造函数的信息以及访问类的构造函数的接口。Array类 - 该类提供动态地生成和访问 JAVA 数组的方法。Modifier类 - 提供了 static 方法和常量，对类和成员访问修饰符进行解码。Proxy类 - 提供动态地生成代理类和类实例的静态方法。
2、获取字节码文件对象的三种方式
- Class这个类里面的静态方法forName（“全类名”）（最常用）
- 通过class属性获取
- 通过对象获取字节码文件对象
代码示例：
//1.Class这个类里面的静态方法forName
//Class.forName("类的全类名")： 全类名 = 包名 + 类名
Class clazz1 = Class.forName("com.itheima.reflectdemo.Student");
//源代码阶段获取 --- 先把Student加载到内存中，再获取字节码文件的对象
//clazz 就表示Student这个类的字节码文件对象。
//就是当Student.class这个文件加载到内存之后，产生的字节码文件对象
//2.通过class属性获取
//类名.class
Class clazz2 = Student.class;
//因为class文件在硬盘中是唯一的，所以，当这个文件加载到内存之后产生的对象也是唯一的
System.out.println(clazz1 == clazz2);//true
//3.通过Student对象获取字节码文件对象
Student s = new Student();
Class clazz3 = s.getClass();
System.out.println(clazz1 == clazz2);//true
System.out.println(clazz2 == clazz3);//true
字节码文件和字节码文件对象
java文件：就是我们自己编写的java代码。
字节码文件：就是通过java文件编译之后的class文件（是在硬盘上真实存在的，用眼睛能看到的）
字节码文件对象：当class文件加载到内存之后，虚拟机自动创建出来的对象。
- 这个对象里面至少包含了：构造方法，成员变量，成员方法。
而我们的反射获取的是什么？字节码文件对象，这个对象在内存中是唯一的。
3、 获取构造方法
规则：
get表示获取
Declared表示私有
最后的s表示所有，复数形式
如果当前获取到的是私有的，必须要临时修改访问权限，否则无法使用
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| Constructor<?>[] getConstructors() | 获得所有的构造（只能public修饰） |
| Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() | 获得所有的构造（包含private修饰） |
| Constructor<> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) | 获取指定构造（只能public修饰） |
| Constructor<> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) | 获取指定构造（包含private修饰） |
代码示例：
public class ReflectDemo2 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException {
//1.获得整体（class字节码文件对象）
Class clazz = Class.forName("com.itheima.reflectdemo.Student");
//2.获取构造方法对象
//获取所有构造方法（public）
Constructor[] constructors1 = clazz.getConstructors();
for (Constructor constructor : constructors1) {
System.out.println(constructor);
}
System.out.println("=======================");
//获取所有构造（带私有的）
Constructor[] constructors2 = clazz.getDeclaredConstructors();
for (Constructor constructor : constructors2) {
System.out.println(constructor);
}
System.out.println("=======================");
//获取指定的空参构造
Constructor con1 = clazz.getConstructor();
System.out.println(con1);
Constructor con2 = clazz.getConstructor(String.class,int.class);
System.out.println(con2);
System.out.println("=======================");
//获取指定的构造(所有构造都可以获取到，包括public包括private)
Constructor con3 = clazz.getDeclaredConstructor();
System.out.println(con3);
//了解 System.out.println(con3 == con1);
//每一次获取构造方法对象的时候，都会新new一个。
Constructor con4 = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
System.out.println(con4);
}
}
4、获取构造方法并创建对象
涉及到的方法：newInstance
代码示例：
//首先要有一个javabean类
public class Student {
private String name;
private int age;
public Student() {
}
public Student(String name) {
this.name = name;
}
private Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
//...get、set、toString方法省略
}
使用反射获取空参和带参构造方法
//测试类中的代码：
//需求1：
//获取空参，并创建对象
//1.获取整体的字节码文件对象
Class clazz = Class.forName("com.itheima.a02reflectdemo1.Student");
//2.获取空参的构造方法
Constructor con = clazz.getConstructor();
//3.利用空参构造方法创建对象
Student stu = (Student) con.newInstance();
System.out.println(stu);
System.out.println("=============================================");
//测试类中的代码：
//需求2：
//获取带参构造，并创建对象
//1.获取整体的字节码文件对象
Class clazz = Class.forName("com.itheima.a02reflectdemo1.Student");
//2.获取有参构造方法
Constructor con = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
//3.临时修改构造方法的访问权限（暴力反射）
con.setAccessible(true);
//4.直接创建对象
Student stu = (Student) con.newInstance("zhangsan", 23);
System.out.println(stu);
5、 获取成员变量
规则：
get表示获取
Declared表示私有
最后的s表示所有，复数形式
如果当前获取到的是私有的，必须要临时修改访问权限，否则无法使用
方法名：
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| Field[] getFields() | 返回所有成员变量对象的数组（只能拿public的） |
| Field[] getDeclaredFields() | 返回所有成员变量对象的数组，存在就能拿到 |
| Field getField(String name) | 返回单个成员变量对象（只能拿public的） |
| Field getDeclaredField(String name) | 返回单个成员变量对象，存在就能拿到 |
代码示例：
public class ReflectDemo4 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
//获取成员变量对象
//1.获取class对象
Class clazz = Class.forName("com.itheima.reflectdemo.Student");
//2.获取成员变量的对象（Field对象)只能获取public修饰的
Field[] fields1 = clazz.getFields();
for (Field field : fields1) {
System.out.println(field);
}
System.out.println("===============================");
//获取成员变量的对象（public + private）
Field[] fields2 = clazz.getDeclaredFields();
for (Field field : fields2) {
System.out.println(field);
}
System.out.println("===============================");
//获得单个成员变量对象
//如果获取的属性是不存在的，那么会报异常
//Field field3 = clazz.getField("aaa");
//System.out.println(field3);//NoSuchFieldException
Field field4 = clazz.getField("gender");
System.out.println(field4);
System.out.println("===============================");
//获取单个成员变量（私有）
Field field5 = clazz.getDeclaredField("name");
System.out.println(field5);
}
}
public class Student {
private String name;
private int age;
public String gender;
public String address;
public Student() {
}
public Student(String name, int age, String address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
public Student(String name, int age, String gender, String address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.gender = gender;
this.address = address;
}
//...get、set、toString方法省略
}
6、 获取成员变量并获取值和修改值
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| void set(Object obj, Object value） | 赋值 |
| Object get(Object obj) | 获取值 |
代码示例：
public class ReflectDemo5 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Student s = new Student("zhangsan",23,"广州");
Student ss = new Student("lisi",24,"北京");
//需求：
//利用反射获取成员变量并获取值和修改值
//1.获取class对象
Class clazz = Class.forName("com.itheima.reflectdemo.Student");
//2.获取name成员变量
//field就表示name这个属性的对象
Field field = clazz.getDeclaredField("name");
//临时修饰他的访问权限
field.setAccessible(true);
//3.设置(修改)name的值
//参数一：表示要修改哪个对象的name？
//参数二：表示要修改为多少？
field.set(s,"wangwu");
//3.获取name的值
//表示我要获取这个对象的name的值
String result = (String)field.get(s);
//4.打印结果
System.out.println(result);
System.out.println(s);
System.out.println(ss);
}
}
public class Student {
private String name;
private int age;
public String gender;
public String address;
public Student() {
}
public Student(String name, int age, String address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
public Student(String name, int age, String gender, String address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.gender = gender;
this.address = address;
}
//...get、set、toString方法省略
}
7、 获取成员方法
规则：
get表示获取
Declared表示私有
最后的s表示所有，复数形式
如果当前获取到的是私有的，必须要临时修改访问权限，否则无法使用
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| Method[] getMethods() | 返回所有成员方法对象的数组（只能拿public的） |
| Method[] getDeclaredMethods() | 返回所有成员方法对象的数组，存在就能拿到 |
| Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) | 返回单个成员方法对象（只能拿public的） |
| Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) | 返回单个成员方法对象，存在就能拿到 |
代码示例：
public class ReflectDemo6 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException {
//1.获取class对象
Class<?> clazz = Class.forName("com.itheima.reflectdemo.Student");
//2.获取方法
//getMethods可以获取父类中public修饰的方法
Method[] methods1 = clazz.getMethods();
for (Method method : methods1) {
System.out.println(method);
}
System.out.println("===========================");
//获取所有的方法（包含私有）
//但是只能获取自己类中的方法
Method[] methods2 = clazz.getDeclaredMethods();
for (Method method : methods2) {
System.out.println(method);
}
System.out.println("===========================");
//获取指定的方法（空参）
Method method3 = clazz.getMethod("sleep");
System.out.println(method3);
Method method4 = clazz.getMethod("eat",String.class);
System.out.println(method4);
//获取指定的私有方法
Method method5 = clazz.getDeclaredMethod("playGame");
System.out.println(method5);
}
}
8、 获取成员方法并运行
方法
Object invoke(Object obj, Object... args) ：运行方法
参数一：用obj对象调用该方法
参数二：调用方法的传递的参数（如果没有就不写）
返回值：方法的返回值（如果没有就不写）
代码示例：
package com.itheima.a02reflectdemo1;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class ReflectDemo6 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
//1.获取字节码文件对象
Class clazz = Class.forName("com.itheima.a02reflectdemo1.Student");
//2.获取一个对象
//需要用这个对象去调用方法
Student s = new Student();
//3.获取一个指定的方法
//参数一：方法名
//参数二：参数列表，如果没有可以不写
Method eatMethod = clazz.getMethod("eat",String.class);
//运行
//参数一：表示方法的调用对象
//参数二：方法在运行时需要的实际参数
//注意点：如果方法有返回值，那么需要接收invoke的结果
//如果方法没有返回值，则不需要接收
String result = (String) eatMethod.invoke(s, "重庆小面");
System.out.println(result);
}
}
public class Student {
private String name;
private int age;
public String gender;
public String address;
public Student() {
}
public Student(String name) {
this.name = name;
}
private Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
//...get、set、toString方法省略
private void study(){
System.out.println("学生在学习");
}
private void sleep(){
System.out.println("学生在睡觉");
}
public String eat(String something){
System.out.println("学生在吃" + something);
return "学生已经吃完了，非常happy";
}
}
四、 动态代理
动态代理是反射的一个非常重要的应用场景。动态代理常被用于一些 Java 框架中。例如 Spring 的 AOP ，Dubbo 的 SPI 接口，就是基于 Java 动态代理实现的。
动态代理可以无侵入式的给方法增强功能
1、介绍
Java 动态代理基于经典代理模式，引入了一个 InvocationHandler，InvocationHandler 负责统一管理所有的方法调用。
动态代理步骤：
1、获取 RealSubject 上的所有接口列表；
2、确定要生成的代理类的类名，默认为：
com.sun.proxy.$ProxyXXXX；3、根据需要实现的接口信息，在代码中动态创建 该 Proxy 类的字节码；
4、将对应的字节码转换为对应的 class 对象；
5、创建
InvocationHandler实例 handler，用来处理Proxy所有方法调用；6、Proxy 的 class 对象 以创建的 handler 对象为参数，实例化一个 proxy 对象。
JDK 动态代理的实现是基于实现接口的方式，使得 Proxy 和 RealSubject 具有相同的功能。但其实还有一种思路：通过继承。即：让 Proxy 继承 RealSubject，这样二者同样具有相同的功能，Proxy 还可以通过重写 RealSubject 中的方法，来实现多态。CGLIB 就是基于这种思路设计的。
在 Java 的动态代理机制中，有两个重要的类（接口），一个是 InvocationHandler 接口、另一个则是 Proxy 类，这一个类和一个接口是实现我们动态代理所必须用到的。
2、InvocationHandler 接口
InvocationHandler 接口定义：
public interface InvocationHandler {
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
throws Throwable;
}
每一个动态代理类都必须要实现 InvocationHandler 这个接口，并且每个代理类的实例都关联到了一个 Handler，当我们通过代理对象调用一个方法的时候，这个方法的调用就会被转发为由 InvocationHandler 这个接口的 invoke 方法来进行调用。
我们来看看 InvocationHandler 这个接口的唯一一个方法 invoke 方法：
Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable
参数说明：
- proxy - 代理的真实对象。
- method - 所要调用真实对象的某个方法的
Method对象 - args - 所要调用真实对象某个方法时接受的参数
如果不是很明白，等下通过一个实例会对这几个参数进行更深的讲解。
3、Proxy 类
Proxy 这个类的作用就是用来动态创建一个代理对象的类，它提供了许多的方法，但是我们用的最多的就是 newProxyInstance 这个方法：
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h) throws IllegalArgumentException
这个方法的作用就是得到一个动态的代理对象。
参数说明：
- loader - 一个 ClassLoader 对象，定义了由哪个 ClassLoader 对象来对生成的代理对象进行加载。
- interfaces - 一个 Interface 对象的数组，表示的是我将要给我需要代理的对象提供一组什么接口，如果我提供了一组接口给它，那么这个代理对象就宣称实现了该接口(多态)，这样我就能调用这组接口中的方法了
- h - 一个
InvocationHandler对象，表示的是当我这个动态代理对象在调用方法的时候，会关联到哪一个InvocationHandler对象上
4、代码实现：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
/*
需求：
外面的人想要大明星唱一首歌
1. 获取代理的对象
代理对象 = ProxyUtil.createProxy(大明星的对象);
2. 再调用代理的唱歌方法
代理对象.唱歌的方法("只因你太美");
*/
//1. 获取代理的对象
BigStar bigStar = new BigStar("鸡哥");
Star proxy = ProxyUtil.createProxy(bigStar);
//2. 调用唱歌的方法
String result = proxy.sing("只因你太美");
System.out.println(result);
}
}
/*
*
* 类的作用：
* 创建一个代理
*
* */
public class ProxyUtil {
/*
*
* 方法的作用：
* 给一个明星的对象，创建一个代理
*
* 形参：
* 被代理的明星对象
*
* 返回值：
* 给明星创建的代理
*
* 需求：
* 外面的人想要大明星唱一首歌
* 1. 获取代理的对象
* 代理对象 = ProxyUtil.createProxy(大明星的对象);
* 2. 再调用代理的唱歌方法
* 代理对象.唱歌的方法("只因你太美");
* */
public static Star createProxy(BigStar bigStar){
/* java.lang.reflect.Proxy类：提供了为对象产生代理对象的方法：
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)
参数一：用于指定用哪个类加载器，去加载生成的代理类
参数二：指定接口，这些接口用于指定生成的代理长什么，也就是有哪些方法
参数三：用来指定生成的代理对象要干什么事情*/
Star star = (Star) Proxy.newProxyInstance(
ProxyUtil.class.getClassLoader(),//参数一：用于指定用哪个类加载器，去加载生成的代理类
new Class[]{Star.class},//参数二：指定接口，这些接口用于指定生成的代理长什么，也就是有哪些方法
//参数三：用来指定生成的代理对象要干什么事情
new InvocationHandler() {
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
/*
* 参数一：代理的对象
* 参数二：要运行的方法 sing
* 参数三：调用sing方法时，传递的实参
* */
if("sing".equals(method.getName())){
System.out.println("准备话筒，收钱");
}else if("dance".equals(method.getName())){
System.out.println("准备场地，收钱");
}
//去找大明星开始唱歌或者跳舞
//代码的表现形式：调用大明星里面唱歌或者跳舞的方法
return method.invoke(bigStar,args);
}
}
);
return star;
}
}
public interface Star {
//我们可以把所有想要被代理的方法定义在接口当中
//唱歌
public abstract String sing(String name);
//跳舞
public abstract void dance();
}
public class BigStar implements Star {
private String name;
public BigStar() {
}
public BigStar(String name) {
this.name = name;
}
//唱歌
@Override
public String sing(String name){
System.out.println(this.name + "正在唱" + name);
return "谢谢";
}
//跳舞
@Override
public void dance(){
System.out.println(this.name + "正在跳舞");
}
//..get,set,toString
}
5、额外扩展
动态代理，还可以拦截方法
比如：
在这个故事中，经济人作为代理，如果别人让邀请大明星去唱歌，打篮球，经纪人就增强功能。
但是如果别人让大明星去扫厕所，经纪人就要拦截，不会去调用大明星的方法。
/*
* 类的作用：
* 创建一个代理
* */
public class ProxyUtil {
public static Star createProxy(BigStar bigStar){
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)
Star star = (Star) Proxy.newProxyInstance(
ProxyUtil.class.getClassLoader(),
new Class[]{Star.class},
new InvocationHandler() {
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
if("cleanWC".equals(method.getName())){
System.out.println("拦截，不调用大明星的方法");
return null;
}
//如果是其他方法，正常执行
return method.invoke(bigStar,args);
}
}
);
return star;
}
}
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