Java的反射API

如果您曾经问​​过自己以下问题:
–“如何在字符串中仅包含其名称的方法调用?”
–“如何动态列出类中的所有属性?”
–“如何编写一种将任何给定对象的状态重置为默认值的方法?”

然后您可能已经听说过Java的Reflection API,如果您还没有听说过,这是一个很好的机会,了解它的全部含义以及可用于什么。 此功能确实功能强大,但一如既往必须使用一些良好的判断力。

它为表带来的好处是能够分析有关类的信息,包括其属性,方法,注释,甚至实例的状态,所有这些都可以在运行时进行。 由此获得的动力听起来真的很有用,不是吗?

在本教程中,我打算展示Reflection API的一些基本用法。 可以做什么,不应该做什么,优缺点。

所以……可以吗?

起点,

使用Reflection时最重要的事情之一就是知道从哪里开始,知道什么类别可以让我们访问所有这些信息。 答案是: java.lang.Class <T>

假设我们有以下课程:

package com.pkg;public class MyClass{private int number;private String text;}

我们可以通过3种不同的方式获得Class的引用。 直接从类,名称或实例开始:

Class<?> clazz1 = MyClass.class;
Class<?> clazz2 = Class.forName("com.pkg.MyClass");MyClass instance = new MyClass();
Class<?> clazz3 = instance.getClass();

提示这里我们看到一个重要的细节。 通常,将Class实例的标识符命名为clazz或clz之类的名称,这似乎很奇怪,但这只是因为class已经是Java语言中的保留字。

从类的参考中,我们可以浏览所有内容,找出它的成员,注释,甚至是包或ClassLoader,但是稍后我们将更详细地介绍所有这些,因此现在让我们集中讨论方法给我们有关班级本身的信息:

int getModifiers() 返回int内的类或接口的修饰符,要确切找出要应用的修饰符,我们应该使用Modifier类提供的静态方法
布尔 isArray() 确定该类是否表示一个数组
boolean isEnum() 确定该类是否在源代码中声明为枚举
boolean isInstance(Object obj) 如果可以将通知对象分配给此Class表示的类型的对象,则返回true
boolean isInterface() 确定该类是否表示一个接口
boolean isPrimitive() 确定该类是否表示原始类型
T newInstance() 创建此类的新实例
类<? 超级 T> getSuperclass() 返回超类的引用,以防在Object类中被调用,它返回null

您可以直接在类文档中看到这些方法以及许多其他方法的完整定义。

提示要成功使用Modifier类中的方法,必须具有一些按位运算的基本知识,在这种情况下最常见的是AND运算。

属性,

字段表示类的属性,就这么简单。 通过此类,我们可以获得有关它们的信息,但是在此之前,我们如何获得对Field的引用?

Class类内部,我们有几种不同的方法可以返回类的字段,作为破坏者,我已经说过, 方法构造函数都具有等效的方法,但让我们首先关注属性

关于如何找到类的成员,我们有一些“重要的要记住”的事情,我将首先介绍方法,然后详细说明这些细节。

字段getField(字符串名称) 返回反映给定名称的类的public属性的Field
Field [] getFields() 返回反映该类的公共属性的字段数组。
字段getDeclaredField(字符串名称) 返回反映给定名称的类的声明属性的Field
Field [] getDeclaredFields() 返回反映该类的声明属性的字段数组。

好吧,好像我们有两组非常相似的方法,而且确实如此。 它们之间的差异是微妙的,并且很少有人知道它们。

getFieldgetFields方法仅返回类的公共属性。 它以某种方式更清洁,因为我们并不总是希望(而且很多时候不应该)与内部属性混为一谈。 这样做的好处是,它仍然在超类中搜索属性, 沿着层次结构向上移动 ,这对我们来说很方便,但是同样,超类中的属性必须是公开的才能被找到。

现在, getDeclaredFieldgetDeclaredFields方法不是很干净,因为它们的任何声明属性都是有效的,可以是私有的,受保护的或其他任何属性。 因此,与普遍看法相反,通过反射访问私有成员并不那么复杂。 另一个不同之处在于,它们不搜索超类的属性,因此它们完全忽略了继承层次结构

让我们举例说明如何尝试访问类内的属性,以说明上述方法的使用以及Field类提供的其他方法。 以我们之前定义的MyClass类为例,假设我们想知道某个实例的text属性中包含的值。

MyClass instance = new MyClass();
instance.setText("Reflective Extraction");
Class<?> clazz = instance.getClass();
Field field = clazz.getDeclaredField("text"); // Accessing private attribute
Object value = field.get(instance);
System.out.println(value);

提示首先使用get方法可能会造成混淆,但这很简单。 手中有一个字段,您将发送您要从中提取值作为参数的目标实例。 必须记住,该字段与类相关,而不与实例相关,因此,如果属性不是静态的,则需要一个具体的实例,以便可以提取值。 如果我们在谈论静态属性,则可以传递任何类型的任何实例,甚至可以传递null作为参数。

好的,我们使用getDeclaredField方法访问属性,传递字段的名称,并使用get方法检索其当前值。 完成了吧?

错误。 当我们运行代码时,我们看到抛出了一个异常,更具体地说是IllegalAccessException ,这不仅是因为我们拥有该字段的引用,而且可以根据自己的意愿对其进行操作,但还有一种解决方法。

Field的超类是AccessibleObject类,它也是MethodConstructor的超类,因此此说明对3中的任何一个都有效。

AccessibleObject类定义2个主要方法: setAccessible( booleanisAccessible() ,它们基本上定义了属性是否可访问。 在我们的例子中,私有属性是永远无法访问的,除非您位于同一类之内,在这种情况下,您可以毫无问题地访问它们。 因此,我们要做的就是将文本配置为可访问。

MyClass instance = new MyClass();
instance.setText("Reflective Extraction");
Class<?> clazz = instance.getClass();
Field field = clazz.getDeclaredField("text"); // Accessing private attribute
field.setAccessible(true); // Setting as accessible
Object value = field.get(instance);
System.out.println(value);

然后我们就可以轻松打印出我们的价值

提示AccessibleObject类具有便捷的静态方法,也称为setAccessible,但它接收AccessibleObject和boolean标志的数组。 此方法可用于一次性设置多个字段,方法或构造函数。 如果要将一个类中的所有属性都设置为可访问,则可以执行以下操作:

MyClass instance = new MyClass();
Class<?> clazz = instance.getClass();
Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
AccessibleObject.setAccessible(fields, true);

同样,我们可以从属性中提取值,也可以分配一个值。 我们使用set方法做​​到这一点。 调用它时,我们需要通知我们要修改的实例以及要设置为相应属性的值。

MyClass instance = new MyClass();
Class<?> clazz = instance.getClass();
Field field = clazz.getDeclaredField("text");
field.setAccessible(true);
field.set(instance, "Reflective attribution");
System.out.println(instance.getText());

动作,

在开始实际方法之前,我想强调一下,正如我之前说的,它与FieldConstructor类非常相似,因此这3种可以通过引用以相同的方式获得,这意味着我们有一个getDeclaredField方法,我们还有一个getDeclaredMethodgetDeclaredConstructor (其他方法也是如此)。 因此,它们的工作方式完全相同,因此,再次解释它们将毫无意义且浪费时间。

那么,让我们开始吧,如何使用反射调用方法?

一个方法不像一个属性,仅靠它的名字是不够的,因为我们可以有许多不同的方法使用相同的名字,这被称为重载。 因此,要获取特定方法,我们需要告知其名称以及所接收到的参数列表。 假设我们的类具有以下描述的方法:

public void print(String text){System.out.println(text);
}public void printHelloWorld(){System.out.println("Hello World");
}public int sum(int[] values){int sum = 0;for(int n : values){sum += n;}return sum;
}

为了获得对这些方法的引用,按照在示例中声明它们的顺序,我们可以这样做:

MyClass instance = new MyClass();
Class<?> clazz = instance.getClass();
Method print = clazz.getMethod("print", String.class);
Method printHelloWorld = clazz.getMethod("printHelloWorld");
Method sum = clazz.getMethod("sum", int[].class);

为了调用它们,我们使用invoke方法(巧合?

该方法的签名是这样的:

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

这意味着,我们需要告知将在其上调用该方法的实例(目标)以及需要传递给它的参数(如果有)。 除此之外,它还返回一个Object ,这将是方法的返回值,无论它是什么。 如果该方法不返回任何内容( void ),则调用invoke将返回null

对于上面的3个方法引用,调用将如下所示:

print.invoke(instance, "I'm Mr. Reflection by now");
printHelloWorld.invoke(instance);
int sumValue = (int) sum.invoke(instance, new int[]{1, 4, 10});
System.out.println(sumValue);

提示: 同样,如果我们使用静态方法,则不必传递有效实例,我们可以这样做:

staticMethod.invoke(null);

通用参数呢?

好了,在这种情况下,我们需要对语言有所了解,然后才能调用它们。 有必要知道通用类型仅在编译时存在,并且当Reflection在运行时运行时,通用类型不再存在,所有这些都归因于一个名为Type Erasure的功能,该功能是为了保持与先前Java版本的向后兼容性而创建的。

接收通用参数的方法很可能会接收Object ,但是还有另一种可能性。 如果您声明这样的通用类型: <T extended CharSequence> ,则运行时方法可能会收到CharSequence ,因为它是最具体的类型,仍然保持通用,因此对于此方法:

public  print(T sequence){System.out.println(sequence)
}

反射调用可能如下所示:

Method print = clazz.getMethod(print, CharSequence.class);
print.invoke(instance);

创建实例

众所周知,即使构造函数的用法非常相似,它也不是方法。 就像我们正在调用方法一样,但是后面带有new关键字,并且仅当我们要创建类的新实例时才调用它。 在用法上的相似之处导致在反射方面的操作相似。 碰巧的是,我们将使用newInstance方法,而不是使用invoke,但有一些区别。

我们正在创建一个实例,因此没有实例与构造函数相关联,因此我们不传递任何实例参数。 但是,正如我们对“ 方法 ”所做的那样,passamos会列出一个论据列表。

Class <T>也具有newInstance方法,但是仅当我们的类具有可访问的构造函数而没有参数时,它才有用。如果没有任何构造函数,则需要直接引用我们的Constructor <T> 。 让我们在示例类中定义一些构造函数:

public class MyClass{private String text;private int number;public MyClass(){}public MyClass(String text){this.text = text;}public MyClass(String text, int number){this.text = text;this.number = number;}}

现在,让我们使用反射来获取它们中的每个:

Class clazz = MyClass.class;
Constructor c1 = clazz.getConstructor();
Constructor c2 = clazz.getConstructor(String.class);
Constructor c3 = clazz.getConstructor(String.class, int.class);

现在让我们创建3个实例,每个构造函数引用一个:

MyClass instance1 = c1.newInstance();
MyClass instance2 = c2.newInstance("text");
MyClass instance3 = c3.newInstance("other text", 1);

到此为止,我们可以看到我们几乎可以以任何想要的方式操纵一个类,列出它的属性,获取对方法的引用,更改它的状态,读取信息,但是我们仍然缺少一件事,我认为这也是很酷,更不用说

元数据,

当需要检查与注释有关的信息时,可以使用AnnotatedElement接口提供的方法。 仅供参考 :实现这些方法的层次结构中的第一个类是AccessibleObject ,因此所有子类都可以访问它们。

使用注释,我们可以定义有关类,属性和/或方法的信息,而无需实际编写任何执行代码。 批注将在另一时间处理,以使开发更加容易。 因此,让我们开始写一个小例子:

我们创建了1个名为@NotNull的注释,并且每当对属性进行注释时,它就无法保存值null。 让我们看一下代码:

public class MyClass{@NotNullprivate String text;}

好的,因此我们为文本属性定义了此特征,但是如何有效地验证此规则? 使用我们的Validator类,如下所示:

public class Validator{public static void validate(Object target) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException{Class<?> clazz = target.getClass();Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();for (Field field : fields){validateField(field, target);}}private static void validateField(Field field, Object target) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException{field.setAccessible(true);Object value = field.get(target);if (field.isAnnotationPresent(NotNull.class)){if (value == null)throw new IllegalArgumentException("This attribute cannot be null");}}
}

因此,当我们验证对象时,我们可以使用此批注为我们工作,验证器将对其进行检查,将代码保存在单个位置,从而使其更易于维护。 在代码的某些点上,我们将有一个这样的调用:

Validator.validate(myClassInstance);

我们完成了。 在开发框架时,该技术被广泛使用,通常您只需查看文档以查看每个注释会做什么,并相应地使用它们。

缺点,为什么我不应该使用反射?

我相信很明显,在某些情况下使用反射会给我们带来很多好处和便利,但是众所周知,当我们拥有的只是一把锤子时,任何问题都像钉子一样,所以不要全神贯注地思考如何使用反射解决所有问题,因为它有缺点:

  • 性能开销 :使用反射时,JVM需要做大量工作来获取我们需要的所有信息,进行动态调用以及所有这些操作,因此这在处理时间上要付出一定的成本。
  • 运行时安全性 :为了运行反射代码,必须在虚拟机内部拥有一定级别的权限,并且您可能并非一直如此,因此在考虑使用它时请记住这一点。
  • 模型安全性 :出于某种原因,我们的属性具有不同的可见性,对吗? 并且反射可以完全忽略它们,无论做什么,都可能在封装中引起一些警报。

基本规则是:仅在没有其他替代方法时才使用反射。 如果您可以做一些事而无需反思,您可能应该这样做。 您应该根据具体情况进行分析。

可以在Oracle教程中获得更多信息。

我知道谈论“反射”时还有其他功能,例如“ 代理” ,但是它们更加高级和复杂。 我可能会在以后的文章中写到它们,但这超出了本文的范围,因为它仅是作为该主题的介绍或对已经知道这一点的人员的复习,因此提出了高级主题弊大于利。

希望大家喜欢,下次再见!

参考:来自Rodrigo Sasaki博客博客的JCG合作伙伴 Rodrigo Sasaki的Java反射API 。

翻译自: https://www.javacodegeeks.com/2013/07/javas-reflection-api.html

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