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发表时间：2021-01-05 浏览量：84

原创

Java反射机制与动态署理

WriteOnRead 0人谈论 114人阅读 2020-08-24 23:06:45

1. 概述

Java 反射机制与动态署理我们平时写代码可能用得比较少，但在种种常见的框架（Spring、MyBatis 等）中却习以为常。有句话叫“无反射，不框架；无署理，不框架”。

由于以后计划阅读和学习框架的源码，这里先简朴回首反射机制和动态署理（暂不深入剖析实现原理），为后面做些准备。

2. 反射机制

Java 反射机制是在 Java 程序运行状态中，对于随便一个类，都能够知道这个类的所有属性和方式；对于随便一个工具，都能够挪用它的随便方式和属性。这种动态获取信息以及动态挪用工具方式的功效称为 Java 语言的反射机制。

从面向工具的角度来看，我们平时用到的"类"、"组织器"、"属性"、"方式"实在也是一个"类"，它们在 JDK 中划分对应 Class、Constructor、Field、Method 类。其中 Class 相当于"类的类"，可称为"元类"，从这个角度看，我们平时自界说的"类"可以明白为 Class 的一个工具。

简朴来说（小我私家明白），反射机制就是通过 Class、Constructor 等"元类"来操作其他的通俗类（建立工具、挪用方式等）。下面以简朴代码示例。

2.1 准备代码

界说一个通俗的 Java 类 Human，如下：

package com.jaxer.example.reflection;

public class Human {
  public String gender;

  private int age;

  protected void hello() {
  }

  public void hi() {
  }
}

界说一个通俗的 Person 类，继续自 Human，如下：

public class Person extends Human {
  // 两个属性
  public String name;

  private int age;

  // 种种修饰符的组织器
  public Person() {
  }

  private Person(String name) {
    this.name = name;
  }

  protected Person(int age) {
    this.age = age;
  }

  Person(String name, int age) {
    this.name = name;
    this.age = age;
  }

  // getter, setter 方式
  public String getName() {
    return name;
  }

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

  public int getAge() {
    return age;
  }

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

  // 自界说方式
  private void test() {
    System.out.println("test is invoked.");
  }

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

该 Person 类界说了 name 和 age 两个成员变量及其 getter/setter 方式，另有四个组织器，划分使用差别的修饰符，自界说了一个 test 方式，重写了 toString 方式。

PS: 这两个类仅供参考，只是为了演示。

2.2 获取 Class

获取 Person 的 Class 工具通常有下面三种方式：

// 方式一：从工具获取
Person person = new Person();
person.getClass();

// 方式二：类名.class
Person.class;

// 方式三：Class.forName
Class<?> aClass = Class.forName("com.jaxer.example.reflection.Person");

/*
  这三种方式的获取到的都是：
    class com.jaxer.example.reflection.Person
  而且可以证实，这三种方式获得的同一个 Class 工具，即同一个 Person 类
*/

获取到了 Class 工具，就可以使用 Class 工具来建立 Person 工具或者做一些其他操作，例如：

// 获取 Class 工具
Class<?> aClass = Class.forName("com.jaxer.example.reflection.Person");

// 使用 Class 建立 Person 工具
System.out.println(aClass.newInstance()); // 建立 Person 工具

// 获取 Person 的父类（Human）
System.out.println("superClass-->" + aClass.getSuperclass());

/*  输出效果：
 *  Person{name='null', age=0}
 *  superClass-->class com.jaxer.example.reflection.Human
 */

2.3 获取 Constructor

Class 中获取组织器（Constructor）的方式如下：

getConstructors: 获取所有 public 组织器；
getDeclaredConstructors: 获取所有组织器（包罗 private 类型）；
getConstructor(Class… parameterTypes): 获取指定参数的 public 组织器；
getDeclaredConstructor(Class… parameterTypes): 获取指定参数的组织器（包罗 private 类型）。

测试代码：

private static void testConstructors(Class<?> aClass) throws Exception {
    // 1. 获取所有public组织器
    Constructor<?>[] constructors = aClass.getConstructors();
    for (Constructor<?> constructor : constructors) {
        System.out.println("constructor-->" + constructor);
    }

    // 2. 获取所有组织器
    Constructor<?>[] declaredConstructors = aClass.getDeclaredConstructors();
    for (Constructor<?> declaredConstructor : declaredConstructors) {
        System.out.println("declaredConstructor-->" + declaredConstructor);
    }

    // 4. 获取指定的组织器（凭据参数类型）
    Constructor<?> constructor = aClass.getDeclaredConstructor(String.class);
    // 修改接见权限（用这种方式可以使用 private 类型组织器建立工具）
    constructor.setAccessible(true);
    // 使用该组织器建立 Person 工具
    Object instance = constructor.newInstance("Ace");
    System.out.println(instance);
}

输出效果如下：

constructor-->public com.jaxer.example.reflection.Person()

declaredConstructor-->com.jaxer.example.reflection.Person(java.lang.String,int)
declaredConstructor-->protected com.jaxer.example.reflection.Person(int)
declaredConstructor-->private com.jaxer.example.reflection.Person(java.lang.String)
declaredConstructor-->public com.jaxer.example.reflection.Person()

Person{name='Ace', age=0}

2.4 获取 Field

获取 Class 属性（Field）的方式如下：

getFields(): 获取 public 属性（包罗父类）；
getDeclaredFields(): 获取所有属性（包罗 private 类型）；
getField(String name): 获取指定名称的 public 属性；
getDeclaredField(String name): 获取指定名称的属性（包罗 private 类型）。

测试代码：

private static void testFields(Class<?> aClass) throws Exception {
    // 1. 获取 public 属性（包罗父类的 public 属性）
    Field[] fields = aClass.getFields();
    for (Field field : fields) {
        System.out.println("field-->" + field);
    }

    // 2. 获取所有属性
    Field[] declaredFields = aClass.getDeclaredFields();
    for (Field declaredField : declaredFields) {
        System.out.println("declaredField-->" + declaredField);
    }

    // 4. 获取指定的属性（这里获取 age 属性）
    Field age = aClass.getDeclaredField("age");
    System.out.println("age-->" + age);

    // 给指定工具的属性赋值（private 类型不能赋值，需要修改接见权限）
    Object obj = aClass.newInstance();
    age.setAccessible(true); // 修改接见权限
    age.set(obj, 18); // 设置新值
    System.out.println("obj-->" + obj);
}

输出效果：

field-->public java.lang.String com.jaxer.example.reflection.Person.name
field-->public java.lang.String com.jaxer.example.reflection.Human.gender

declaredField-->public java.lang.String com.jaxer.example.reflection.Person.name
declaredField-->private int com.jaxer.example.reflection.Person.age

age-->private int com.jaxer.example.reflection.Person.age
obj-->Person{name='null', age=18}

2.5 获取 Method

获取 Class 方式（Method）的方式如下：

getMethods(): 获取所有 pubic 方式（包罗父类及 Object 类）；
getDeclaredMethods(): 获取所有方式（包罗 private 方式）；
getMethod(String name, Class… parameterTypes): 获取指定名称和参数的 public 方式；
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getDeclaredMethod(String name, Class… parameterTypes): 获取指定名称和参数的方式（包罗 private 方式）。

测试代码：

private static void testMethods(Class<?> aClass) throws Exception {
  // 1. 获取所有 public 方式（包罗父类及 Object 类）
  Method[] methods = aClass.getMethods();
  for (Method method : methods) {
    System.out.println("method-->" + method);
  }

  // 2. 获取该类声明的所有方式
  Method[] declaredMethods = aClass.getDeclaredMethods();
  for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
    System.out.println("declaredMethod-->" + declaredMethod);
  }

  // 4. 获取指定的方式并挪用
  Method method = aClass.getDeclaredMethod("test");
  method.setAccessible(true); // 修改接见权限
  System.out.println("方式名：" + method.getName());
  System.out.println("方式修饰符：" + Modifier.toString(method.getModifiers()));
  Object instance = aClass.newInstance();
  System.out.println(method.invoke(instance));
}

输出效果：

// getMethods 方式返回效果：
  // Person 类的 public 方式：
method-->public java.lang.String com.jaxer.example.reflection.Person.toString()
method-->public java.lang.String com.jaxer.example.reflection.Person.getName()
method-->public void com.jaxer.example.reflection.Person.setName(java.lang.String)
method-->public void com.jaxer.example.reflection.Person.setAge(int)
method-->public int com.jaxer.example.reflection.Person.getAge()
  // Human 类的 public 方式：
method-->public void com.jaxer.example.reflection.Human.hi()
  // Object 类的 public 方式：
method-->public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
method-->public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
method-->public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
method-->public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
method-->public native int java.lang.Object.hashCode()
method-->public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
method-->public final native void java.lang.Object.notify()
method-->public final native void java.lang.Object.notifyAll()

// getDeclaredMethods 方式返回效果：
declaredMethod-->public java.lang.String com.jaxer.example.reflection.Person.toString()
declaredMethod-->public java.lang.String com.jaxer.example.reflection.Person.getName()
declaredMethod-->public void com.jaxer.example.reflection.Person.setName(java.lang.String)
declaredMethod-->private void com.jaxer.example.reflection.Person.test()
declaredMethod-->public void com.jaxer.example.reflection.Person.setAge(int)
declaredMethod-->public int com.jaxer.example.reflection.Person.getAge()

// 挪用 test 方式：
方式名：private void com.jaxer.example.reflection.Person.test()
方式修饰符：private
test is invoked.
null

框架中常用的反射机制主要是以上那些，这里暂不深究实在现原理，以后有需要再行弥补。下面简要剖析署理相关的内容。

3. 署理

使用署理的主要目的：对目的工具（的方式）举行功效增强，例如 Spring 的 AOP。

既然是对目的工具的方式举行增强，署理工具的方式中一定会挪用目的工具的方式。而且一样平常会在目的工具的方式挪用前后（或者其他时机）做一些其他的处置以到达增强的效果。

署理模式通常分为「静态署理」和「动态署理」，静态署理使用较少；而动态署理常用的有 JDK 动态署理和 CGLib 动态署理。下面简要剖析。

3.1 准备代码

一个通俗的 Java 接口及实在现类如下：

// 接口
public interface UserService {
    void save(String name);
}

// 实现类
public class UserServiceImpl implements UserService {
    @Override
    public void save(String name) {
        System.out.println("保留用户名：" + name);
    }
}

无论静态署理照样动态署理，都是对该类的 save 方式举行增强。

此处以在该方式执行前后各打印一句话来演示。

3.2 静态署理

主要头脑：建立一个 UserService 接口的实现类 UserServiceProxy（署理工具），而且该类持有 UserServiceImpl 工具（目的工具），在 UserServiceProxy 类的 save 方式中挪用 UserServiceImpl 的 save 方式，示例代码如下：

public class UserServiceProxy implements UserService {
  private UserService userService;

  public UserServiceProxy(UserService userService) {
    this.userService = userService;
  }

  @Override
  public void save(String name) {
    System.out.println("---静态署理：方式执行前---");
    userService.save(name); // 挪用目的类的方式
    System.out.println("---静态署理：方式执行后---");
  }
}

测试代码：

private static void testStaticProxy() {
  UserService userService = new UserServiceImpl();
  UserService proxy = new UserServiceProxy(userService);
  proxy.save("jack");
}

/* 运行效果：
  ---静态署理：方式执行前---
  保留用户：jack
  ---静态署理：方式执行后---
*/

显而易见，使用 UserServiceProxy 可以增强 UserServiceImpl 的 save 方式。但由于代码是牢固的（编码时代写好的），不够天真，因此静态署理使用较少，通常使用动态署理。

PS: 此处代码实现形式可能不尽相同，但思绪相近。

3.3 动态署理

与静态署理相比，动态署理则是在运行时动态天生一个署理类，该类可以对目的工具的方式举行功效增强。动态署理常用的有 JDK 动态署理和 CGLib 动态署理，下面简要剖析。

3.3.1 JDK 动态署理

JDK 的动态署理实现方式：

使用 Proxy 类的 newProxyInstance 方式建立署理工具，使用 InvocationHandler 来实现增强的逻辑（通常建立一个 InvocationHandler 接口的实现类，在其 invoke 方式中实现增强的逻辑）。示例代码如下（仅供参考）：

// JDK 署理工厂，作用是天生署理工具
public class JDKProxyFactory {
    // 获取 target 的署理工具（其中 target 为目的工具）
    public Object getProxy(Object target) {
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), new MyInvocationHandler(target));
    }

    // 自界说 InvocationHandler
    private static class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
        // 目的工具
        private Object target;

        public MyInvocationHandler(Object target) {
            this.target = target;
        }

        // 实现增强逻辑
        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            System.out.println("目的类方式执行前-----");
            Object result = method.invoke(target, args); // 挪用目的工具的方式
            System.out.println("目的类方式执行后-----");
            return result;
        }
    }
}

测试代码：

private static void testJdkProxy() {
    UserService userService = new UserServiceImpl(); // 目的工具
    JDKProxyFactory jdkProxyFactory = new JDKProxyFactory(); // 署理工厂
    // 使用署理工厂天生署理工具
    UserService proxy = (UserService) jdkProxyFactory.getProxy(userService);
    proxy.save("jack"); // 挪用署理工具的方式（已对目的工具举行增强）
}

/* 运行效果：
    目的类方式执行前-----
    保留用户：jack
    目的类方式执行后-----
*/

实现原理可参考：https://blog.csdn.net/yhl_jxy/article/details/80586785

4.3.3.2 CGLib 动态署理

主要思绪：

建立一个目的类的子类 Enhancer，在子类中设置回调工具（MethodInterceptor），并在回调方式（intercept）中实现对目的工具的增强功效逻辑。示例代码如下：

// CGLIB 工厂，用于天生署理工具
public class CglibProxyFactory {
    // 获取署理工具（对目的工具举行增强）
    public Object getProxy(Object target) {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(target.getClass());
        enhancer.setCallback(new MyMethodInterceptor()); // 设置回调
        return enhancer.create();
    }

    // 自界说方式阻挡 MethodInterceptor
    private static class MyMethodInterceptor implements MethodInterceptor {
        @Override
        public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, 
                    MethodProxy proxy) throws Throwable {
            System.out.println("cglib方式挪用前");
            Object o = proxy.invokeSuper(obj, args); // 挪用目的工具的方式
            System.out.println("cglib方式挪用后");
            return o;
        }
    }
}

测试代码：

private static void testCglibProxy() {
  UserService userService = new UserServiceImpl();
  CglibProxyFactory cglibProxyFactory = new CglibProxyFactory();
  UserService proxy = (UserService) cglibProxyFactory.getProxy(userService);
  proxy.save("jack");
}

/* 运行效果：
  cglib方式挪用前
  保留用户：jack
  cglib方式挪用后
*/

PS: 使用 CGLib 需要导入第三方 jar 包（cglib 和 asm）。

实现原理可参考：https://blog.csdn.net/yhl_jxy/article/details/80633194

二者主要区别：

JDK 动态署理不依赖第三方库，CGLib 需要依赖第三方库；
若目的工具实现了接口，两种方式都可以使用；若未实现接口，则只能使用 CGLib。

4. 小结

反射机制：简朴来说，反射机制主要是通过 Class、Constructor 等"元类"来操作其他的通俗类，以到达在运行时代动态建立工具、动态挪用方式等目的。

静态署理&动态署理：二者主要区别在于时机，静态署理在编码期已写好署理类，而动态署理则是在运行时代动态天生署理类。

JDK 动态署理&CGLib 动态署理的主要区别：

JDK 动态署理不依赖第三方库，CGLib 则要依赖第三方库；
JDK 使用 InvocationHandler 接口实现增强逻辑，使用 Proxy.newProxyInstance 天生署理工具；而 CGLib 使用 MethodInterceptor 接口实现增强逻辑，使用 Enhancer 天生署理工具；
若目的工具实现了接口，两种方式都可以使用；若未实现接口，则只能使用 CGLib。

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