框架的灵魂之笔-反射

反射：框架的灵魂

类加载器

• 概述：当程序要使用某个类的时候，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过以下三个步骤 ①类的加载 ②类的连接 ③类的初始化来对类进行初始化。如果不出现意外情况，JVM将会连续完成这三个步骤，所以有时也把这三个步骤统称为类加载或者类初始化

• 类加载器的作用

  1. 负责将 .class 文件加载到内存中，并为之生成对应的java.lang.Class对象
  2. 虽然我们不用过分关心类加载机制，但是了解这个机制我们就更好的理解程序的运行

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类加载的的三个过程

一、类的加载

1. 就是指将class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象
2. 任何类被使用时，系统都会为之建立一个java.lang.Class对象

二、类的连接

1. 验证阶段： 用于检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致
2. 准备阶段： 负责为类的类变量分配内存，并设置默认初始值
3. 解析阶段： 将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用

三、类的初始化

1. 在该阶段，主要就是对类变量进行初始化
2. 类的初始化步骤
   • 假如类还未被加载和连接，则程序先加载并连接该类
   • 假如该类的直接父类还未被初始化，则先初始化其直接父类（注意：系统会对直接父类的初始化步骤也遵循类的初始化步骤）
   • 假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句
3. 类的初始化时机
   • 创建类的实例(对象，构造方法)
   • 调用类的类方法（static）
   • 访问类或者接口的类变量，或者为该类变量赋值
   • 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象
   • 初始化某个类的子类
   • 直接使用 java.exe 命令来运行某个主类

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JVM的类加载机制

一、全部负责

• 就是当一个类加载器负责加载某个Class(类)时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入。

二、父类委托

• 就是当一个类加载器负责加载某个Class时，先让父类加载器试图加载该Class,只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类

三、缓存机制

• 保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序需要使用某个Class对象时，类加载器先从缓存区中搜索该Class，只有当缓存区中不存在该Class对象时，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存储到缓存区。

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ClassLoader

• 概述：负责加载类的对象（java.lang包下）

• 方法：

  方法	作用
  static ClassLoader getSystemClassLoader()	返回用于委派的系统类加载器
  ClassLoader getParent()	返回父类加载器进行委派

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内置类

• Java 运行时具有以下内置类

名称	简述
BootStrap ClassLoader	它是虚拟机的内置类加载器，通常表示为null，并且没有父null
Platform ClassLoader	平台类加载器可以看到所有平台类，平台类包括由平台类加载器或其祖先定义的Java SE平台API,其实现类和JDK特定的运行时类
System ClassLoader	它也被称为应用程序类加载器，与平台类加载器不同。系统类加载器通常用于定义应用程序类路径，模块路径和JDK特定工具的类

• 继承关系：System 的父加载器为 Platform 的父加载器为 Bootstrap

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反射

• 概述：（框架设计的灵魂）将类的各个组成部分封装为其他对象（成员变量封装成Field对象），这就是反射机制

• 框架：半成品软件。可以在框架的基础上进行软件开发，简化编码

  

• 反射的好处

  1. 可以在程序运行过程中，操作这些对象。（比如提示）
  2. 可以解耦，提高程序的可扩展性。

一、反射获取对象的步骤

1. 首先通过 静态方法 获取得到 字节码对象
2. 然后 字节码对象 调用 获取构造方法 的方法，得到构造方法对象
3. 通过 构造方法对象 调用 创建对象的方法，得到实例
4. 对 实例 进行操作

注意：基本数据类型也可以通过.class得到对应的Class类型。私有的构造方法，成员方法，成员变量使用前，都需要暴力破解

二、获取 Class 对象的方式

• 方式一：Class.forName(“全类名”)

  -在源代码（Source）阶段，将字节码（.class）文件加载进内存中，返回 类（Class）对象
  -多用于配置文件，将类名定义在配置文件中。读取文件，加载类
  // 例如:
  Class s = Class.forName("cn.heng.Student");
  

• 方式二：类名.class

  -在类（Class）对象阶段，通过类名的属性 class 获取
  -多用于参数的传递
  // 例如:
  Class s = Student.class;
  

• 方式三：对象.getClass()

  -在运行（Runtime）阶段，getClass()方法在Object类中定义着
  -多用于对象的获取字节码的方式
  // 例如:
  Student t = new Student();
  Class s = t.getClass();
  

注意：同一个字节码文件(*.class)在一次程序运行过程中，只会被加载一次，不论通过哪一种方式获取的 Class 对象都是同一个

三、Class 对象的功能

获取成员变量-Field

方法	概述
Field[] getFields()	获取所有public修饰的成员变量
Field getField(String name)	获取指定名称的 public修饰的成员变量
Field[] getDeclaredFields()	获取所有的成员变量，不考虑修饰符
Field getDeclaredField(String name)	获取指定名称的成员变量，不考虑修饰符

• 设置值

   void set(Object obj, Object value) 
   //成员变量.set( obj , value )  给obj对象的此成员变量设置值为value
  

• 获取值

  get(Object obj) 
  

• 忽略访问权限修饰符的安全检查

  setAccessible(true)
  //暴力反射
  

获取构造方法-Constructor

方法名	概述
Constructor<?>[] getConstructors()	获取所有公共构造方法对象的数组
Constructor getConstructor(类<?>… parameterTypes)	获取单个公共构造方法对象，参数是 类型.class
Constructor getDeclaredConstructor(类<?>… parameterTypes)	获取单个构造方法对象
Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()	获取所有构造方法对象的数组

• 创建对象

  T newInstance(object...initars)
  

获取成员方法-Method

方法名	概述
Method[] getMethods()	获取所有公共成员方法的数组，包括继承
Method getMethod(String name, 类<?>… parameterTypes)	获取单个指定方法名的公共成员方法对象
Method[] getDeclaredMethods()	获取所有成员方法的数组，不包括继承
Method getDeclaredMethod(String name, 类<?>… parameterTypes)	获取单个指定方法名的成员方法对象（包括私有）

• 执行方法

  Object invoke(Object obj, Object...args)
  // 方法对象.invoke(obj,args) obj对象调用此方法，传递参数 args
  

• 获取方法名称

  String getName()
  

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问题思考？

• 反射如何实现访问私有（构造方法、成员方法、成员变量）？

  1. 获取所在类的字节码对象，然后调用对应的方法获得构造方法、成员方法、成员变量等对象。
  2. 使用这些对象前，因为是私有的，所以需要使用 对象.setAccessable(true) 忽略访问权限修饰符的检查。

  Student t = new Student();
  // 通过 全类路径获取 类对象
  Class c = Class.forName("cn.depthLearn.classto.frame.Student");  
  // 通过 指定名称获取成员变量对象
  Field f = c.getDeclaredField("age");
  // 对象忽略检查
  f.setAccessable(true);
  // 获取值
  Object age = f.get(t);
  

• 有一个 ArrayList 集合，我们想要往这个集合里添加字符串数据，如何实现？

  //创建集合  
  ArrayList<Integer> array = new ArrayList<Integer>();  
    
  //获取array对象的类字节码对象  
  Class<? extends ArrayList> c = array.getClass();  
    
  //根据成员方法名，获取到成员方法对象  
  Method m = c.getDeclaredMethod("add", Object.class);  
    
  //array对象调用m（add）方法，传递参数  
  m.invoke(array,"张三");  
  m.invoke(array,"李四");  
    
  System.out.println(array);  
  

  我们通过字节码对象获取到添加方法对象，这样就越过泛型检查，获取原始方法所需要的参数类型（Object）,我们就可以添加不同类型的数据在集合中。

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Code ！！！

• 案例分析

  • 需求：写一个"框架"，不能改变该类的任何代码的前提下，可以帮我们创建任意类的对象，并且执行其中任意方法

• 实现：

  • 配置文件
    • 反射
  • 步骤：
  • 将需要创建的对象的全类名和需要执行的方法定义在配置文件中
    • 在程序中加载读取配置文件

• 使用反射技术加载类文件进内存

  • 创建对象
  • 执行方法

• 配置文件

  className=cn.depthLearn.classto.frame.Student  
  methodName=learn  
  

• Student 类，study 方法

  public class Student {  
      private void learn(){  
          System.out.println( "要好好学习，天天向上哦");  
      }  
  }  
  

• 框架反射实现

  //创建Properties集合  
  Properties prop = new Properties();  
  //获取配置文件，这里我们使用类加载器获得配置文件  
  //获得类加载器  
  ClassLoader classLoader = FrameDemo.class.getClassLoader();  
  //获取class目录下的配置文件  
  InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("pro.properties");  
  //将文件加载到集合中  
  prop.load(is);  
  //获取配置文件中定义的数据  
  String className = prop.getProperty("className");  
  String methodName = prop.getProperty("methodName");  
  //加载该类进内存  
  Class<?> c = Class.forName(className);  
  //创建对象  
  Object obj = c.newInstance();  
  //获取对象方法  
  Method method = c.getMethod(methodName);  
  //执行此方法  
  method.invoke(obj);