学习Spring必学的Java基础知识(1)----反射

矫情吗；* 2022-08-06 15:11 127阅读 0赞

**引述**要学习Spring框架的技术内幕，必须事先掌握一些基本的Java知识，正所谓“登高必自卑，涉远必自迩”。以下几项Java知识和Spring框架息息相关，不可不学（我将通过一个系列分别介绍这些Java基础知识，希望对大家有所帮助。）：  
  
**\[1\] Java反射知识-->Spring IoC :[http://www.iteye.com/topic/1123081][http_www.iteye.com_topic_1123081]  
\[2\] Java动态代理-->Spring AOP :[http://www.iteye.com/topic/1123293][http_www.iteye.com_topic_1123293]  
\[3\] 属性编辑器，即PropertyEditor-->Spring IoC:[http://www.iteye.com/topic/1123628][http_www.iteye.com_topic_1123628]  
\[4\] XML基础知识-->Spring配置:[http://www.iteye.com/topic/1123630][http_www.iteye.com_topic_1123630]  
\[5\] 注解-->Spring配置:[http://www.iteye.com/topic/1123823][http_www.iteye.com_topic_1123823]  
\[6\] 线程本地变更,即ThreadLocal-->Spring事务管理:[http://www.iteye.com/topic/1123824][http_www.iteye.com_topic_1123824]  
\[7\] 事务基础知识-->Spring事务管理:[http://www.iteye.com/topic/1124043][http_www.iteye.com_topic_1124043]  
\[8\] 国际化信息-->MVC:[http://www.iteye.com/topic/1124044][http_www.iteye.com_topic_1124044]  
\[9\] HTTP报文-->MVC：[http://www.iteye.com/topic/1124408][http_www.iteye.com_topic_1124408]**  
  
  
  
  
    Java语言允许通过程序化的方式间接对Class进行操作，Class文件由类装载器装载后，在JVM中将形成一份描述Class结构的元信息对象，通过该元信息对象可以获知Class的结构信息：如构造函数、属性和方法等。Java允许用户借由这个Class相关的元信息对象间接调用Class对象的功能，这就为使用程序化方式操作Class对象开辟了途径。  
  
**简单实例**  
  
    我们将从一个简单例子开始探访Java反射机制的征程，下面的Car类拥有两个构造函数、两个方法以及三个属性，如代码清单3-9所示：  
  
代码清单3-9  Car

Java代码 [ ![复制代码][icon_copy.gif]][_icon_copy.gif]  ![收藏代码][icon_star.png]![spinner.gif][]

1.  package com.baobaotao.reflect;  
2.  public class Car \{  
3.      private String brand;  
4.      private String color;  
5.      private int maxSpeed;  
6.        
7.       //①默认构造函数  
8.      public Car()\{\}  
9.         
10.      //②带参构造函数  
11.     public Car(String brand,String color,int maxSpeed)\{   
12.         this.brand = brand;  
13.         this.color = color;  
14.         this.maxSpeed = maxSpeed;  
15.     \}  
16.   
17.      //③未带参的方法  
18.     public void introduce() \{   
19.        System.out.println("brand:"\+brand+";color:"\+color+";maxSpeed:" +maxSpeed);  
20.     \}  
21.      //省略参数的getter/Setter方法  
22.      …  
23. \}

package com.baobaotao.reflect;
    public class Car {
    	private String brand;
    	private String color;
    	private int maxSpeed;
        
         //①默认构造函数
    	public Car(){}
         
         //②带参构造函数
    	public Car(String brand,String color,int maxSpeed){ 
    		this.brand = brand;
    		this.color = color;
    		this.maxSpeed = maxSpeed;
    	}
    
         //③未带参的方法
    	public void introduce() { 
           System.out.println("brand:"+brand+";color:"+color+";maxSpeed:" +maxSpeed);
    	}
         //省略参数的getter/Setter方法
         …
    }

一般情况下，我们会使用如下的代码创建Car的实例：

Java代码 [ ![复制代码][icon_copy.gif]][_icon_copy.gif]  ![收藏代码][icon_star.png]![spinner.gif][]

1.  Car car = new Car();  
2.  car.setBrand("红旗CA72");

Car car = new Car();
    car.setBrand("红旗CA72");

或者：

Java代码 [ ![复制代码][icon_copy.gif]][_icon_copy.gif]  ![收藏代码][icon_star.png]![spinner.gif][]

1.  Car car = new Car("红旗CA72","黑色");

Car car = new Car("红旗CA72","黑色");

以上两种方法都采用传统方式的直接调用目标类的方法，下面我们通过Java反射机制以一种更加通用的方式间接地操作目标类：  
  
代码清单3-10  ReflectTest

Java代码 [ ![复制代码][icon_copy.gif]][_icon_copy.gif]  ![收藏代码][icon_star.png]![spinner.gif][]

1.  package com.baobaotao. reflect;  
2.  import java.lang.reflect.Constructor;  
3.  import java.lang.reflect.Field;  
4.  import java.lang.reflect.Method;  
5.  public class ReflectTest \{  
6.      public static Car  initByDefaultConst() throws Throwable  
7.      \{  
8.          //①通过类装载器获取Car类对象  
9.          ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();   
10.         Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.Car");   
11.           
12.           //②获取类的默认构造器对象并通过它实例化Car  
13.         Constructor cons = clazz.getDeclaredConstructor((Class\[\])null);   
14.         Car car = (Car)cons.newInstance();  
15.           
16.            
17.           //③通过反射方法设置属性  
18.         Method setBrand = clazz.getMethod("setBrand",String.class);          
19.         setBrand.invoke(car,"红旗CA72");        
20.         Method setColor = clazz.getMethod("setColor",String.class);  
21.         setColor.invoke(car,"黑色");        
22.         Method setMaxSpeed = clazz.getMethod("setMaxSpeed",int.class);  
23.         setMaxSpeed.invoke(car,200);          
24.         return car;  
25.     \}  
26.   
27.     public static void main(String\[\] args) throws Throwable \{  
28.         Car car = initByDefaultConst();  
29.         car.introduce();  
30.     \}  
31. \}

package com.baobaotao. reflect;
    import java.lang.reflect.Constructor;
    import java.lang.reflect.Field;
    import java.lang.reflect.Method;
    public class ReflectTest {
    	public static Car  initByDefaultConst() throws Throwable
    	{
    		//①通过类装载器获取Car类对象
    		ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); 
    		Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.Car"); 
    		
              //②获取类的默认构造器对象并通过它实例化Car
    		Constructor cons = clazz.getDeclaredConstructor((Class[])null); 
    		Car car = (Car)cons.newInstance();
    		
             
              //③通过反射方法设置属性
    		Method setBrand = clazz.getMethod("setBrand",String.class);	       
    		setBrand.invoke(car,"红旗CA72");		
    		Method setColor = clazz.getMethod("setColor",String.class);
    		setColor.invoke(car,"黑色");		
    		Method setMaxSpeed = clazz.getMethod("setMaxSpeed",int.class);
    		setMaxSpeed.invoke(car,200);		
    		return car;
    	}
    
    	public static void main(String[] args) throws Throwable {
    		Car car = initByDefaultConst();
    		car.introduce();
    	}
    }

运行以上程序，在控制台上将打印出以下信息：

引用

brand:红旗CA72;color:黑色;maxSpeed:200

这说明我们完全可以通过编程方式调用Class的各项功能，这和直接通过构造函数和方法调用类功能的效果是一致的，只不过前者是间接调用，后者是直接调用罢了。  
  
在ReflectTest中，使用了几个重要的反射类，分别是ClassLoader、Class、Constructor和Method，通过这些反射类就可以间接调用目标Class的各项功能了。在①处，我们获取当前线程的ClassLoader，然后通过指定的全限定类“com.baobaotao.beans.Car”装载Car类对应的反射实例。在②处，我们通过Car的反射类对象获取Car的构造函数对象cons，通过构造函数对象的newInstrance()方法实例化Car对象，其效果等同于new Car()。在③处，我们又通过Car的反射类对象的getMethod（String methodName,Class paramClass）获取属性的Setter方法对象，第一个参数是目标Class的方法名；第二个参数是方法入参的对象类型。获取方法反射对象后，即可通过invoke（Object obj,Object param）方法调用目标类的方法，该方法的第一个参数是操作的目标类对象实例；第二个参数是目标方法的入参。  
  
在代码清单3 10中，粗体所示部分的信息即是通过反射方法操控目标类的元信息，如果我们将这些信息以一个配置文件的方式提供，就可以使用Java语言的反射功能编写一段通用的代码对类似于Car的类进行实例化及功能调用操作了。  
  
**类装载器ClassLoader  
  
类装载器工作机制**  
  
类装载器就是寻找类的节码文件并构造出类在JVM内部表示对象的组件。在Java中，类装载器把一个类装入JVM中，要经过以下步骤：

*    
    \[1.\]装载：查找和导入Class文件；  
    \[2.\]链接：执行校验、准备和解析步骤，其中解析步骤是可以选择的：  
        \[2.1\]校验：检查载入Class文件数据的正确性；  
        \[2.2\]准备：给类的静态变量分配存储空间；  
        \[2.3\]解析：将符号引用转成直接引用；  
        \[3.\]3．初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作。

类装载工作由ClassLoader及其子类负责，ClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件，它负责在运行时查找和装入Class字节码文件。JVM在运行时会产生三个ClassLoader：根装载器、ExtClassLoader（扩展类装载器）和AppClassLoader（系统类装载器）。其中，根装载器不是ClassLoader的子类，它使用C++编写，因此我们在Java中看不到它，根装载器负责装载JRE的核心类库，如JRE目标下的rt.jar、charsets.jar等。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类。其中ExtClassLoader负责装载JRE扩展目录ext中的JAR类包；AppClassLoader负责装载Classpath路径下的类包。  
  
这三个类装载器之间存在父子层级关系，即根装载器是ExtClassLoader的父装载器，ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。默认情况下，使用AppClassLoader装载应用程序的类，我们可以做一个实验：  
  
代码清单3-11  ClassLoaderTest

Java代码 [ ![复制代码][icon_copy.gif]][_icon_copy.gif]  ![收藏代码][icon_star.png]![spinner.gif][]

1.  public class ClassLoaderTest \{  
2.      public static void main(String\[\] args) \{  
3.          ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();  
4.          System.out.println("current loader:"\+loader);  
5.          System.out.println("parent loader:"\+loader.getParent());  
6.          System.out.println("grandparent loader:"\+loader.getParent(). getParent());  
7.      \}  
8.  \}

public class ClassLoaderTest {
    	public static void main(String[] args) {
    		ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    		System.out.println("current loader:"+loader);
    		System.out.println("parent loader:"+loader.getParent());
    		System.out.println("grandparent loader:"+loader.getParent(). getParent());
    	}
    }

运行以上代码，在控制台上将打出以下信息：

引用

current loader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@131f71a  
parent loader:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15601ea  
     //①根装载器在Java中访问不到，所以返回null  
grandparent loader:null

通过以上的输出信息，我们知道当前的ClassLoader是AppClassLoader，父ClassLoader是ExtClassLoader，祖父ClassLoader是根类装载器，因为在Java中无法获得它的句柄，所以仅返回null。  
  
JVM装载类时使用“全盘负责委托机制”，“全盘负责”是指当一个ClassLoader装载一个类的时，除非显式地使用另一个ClassLoader，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoader载入；“委托机制”是指先委托父装载器寻找目标类，只有在找不到的情况下才从自己的类路径中查找并装载目标类。这一点是从安全角度考虑的，试想如果有人编写了一个恶意的基础类（如java.lang.String）并装载到JVM中将会引起多么可怕的后果。但是由于有了“全盘负责委托机制”，java.lang.String永远是由根装载器来装载的，这样就避免了上述事件的发生。  
  
**ClassLoader重要方法**  
  
在Java中，ClassLoader是一个抽象类，位于java.lang包中。下面对该类的一些重要接口方法进行介绍：

*    Class loadClass(String name)     name参数指定类装载器需要装载类的名字，必须使用全限定类名，如com.baobaotao. beans.Car。该方法有一个重载方法loadClass(String name ,boolean resolve)，resolve参数告诉类装载器是否需要解析该类。在初始化类之前，应考虑进行类解析的工作，但并不是所有的类都需要解析，如果JVM只需要知道该类是否存在或找出该类的超类，那么就不需要进行解析。  
    
 *  Class defineClass(String name, byte\[\] b, int off, int len)    将类文件的字节数组转换成JVM内部的java.lang.Class对象。字节数组可以从本地文件系统、远程网络获取。name为字节数组对应的全限定类名。  
    
 *    Class findSystemClass(String name)    从本地文件系统载入Class文件，如果本地文件系统不存在该Class文件，将抛出ClassNotFoundException异常。该方法是JVM默认使用的装载机制。  
    
 *    Class findLoadedClass(String name)   调用该方法来查看ClassLoader是否已装入某个类。如果已装入，那么返回java.lang.Class对象，否则返回null。如果强行装载已存在的类，将会抛出链接错误。  
    
 *    ClassLoader getParent()    获取类装载器的父装载器，除根装载器外，所有的类装载器都有且仅有一个父装载器，ExtClassLoader的父装载器是根装载器，因为根装载器非Java编写，所以无法获得，将返回null。

除JVM默认的三个ClassLoader以外，可以编写自己的第三方类装载器，以实现一些特殊的需求。类文件被装载并解析后，在JVM内将拥有一个对应的java.lang.Class类描述对象，该类的实例都拥有指向这个类描述对象的引用，而类描述对象又拥有指向关联ClassLoader的引用，如图3-4所示。  
  
![ef8d6a8b-8aee-3348-aa76-66804aaa3473.jpg][]  
  
每一个类在JVM中都拥有一个对应的java.lang.Class对象，它提供了类结构信息的描述。数组、枚举、注解以及基本Java类型（如int、double等），甚至void都拥有对应的Class对象。Class没有public的构造方法。Class对象是在装载类时由JVM通过调用类装载器中的defineClass()方法自动构造的。  
  
**Java反射机制**  
  
Class反射对象描述类语义结构，可以从Class对象中获取构造函数、成员变量、方法类等类元素的反射对象，并以编程的方式通过这些反射对象对目标类对象进行操作。这些反射对象类在java.reflect包中定义，下面是最主要的三个反射类：

*    Constructor：类的构造函数反射类，通过Class\#getConstructors()方法可以获得类的所有构造函数反射对象数组。在JDK5.0中，还可以通过getConstructor(Class... parameterTypes)获取拥有特定入参的构造函数反射对象。Constructor的一个主要方法是newInstance(Object\[\] initargs)，通过该方法可以创建一个对象类的实例，相当于new关键字。在JDK5.0中该方法演化为更为灵活的形式：newInstance (Object... initargs)。
 *    Method：类方法的反射类，通过Class\#getDeclaredMethods()方法可以获取类的所有方法反射类对象数组Method\[\]。在JDK5.0中可以通过getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes)获取特定签名的方法，name为方法名；Class...为方法入参类型列表。Method最主要的方法是invoke(Object obj, Object\[\] args)，obj表示操作的目标对象；args为方法入参，代码清单3 10③处演示了这个反射类的使用方法。在JDK 5.0中，该方法的形式调整为invoke(Object obj, Object... args)。此外，Method还有很多用于获取类方法更多信息的方法：       1）Class getReturnType()：获取方法的返回值类型；  
          2）Class\[\] getParameterTypes()：获取方法的入参类型数组；  
          3）Class\[\] getExceptionTypes()：获取方法的异常类型数组；  
          4）Annotation\[\]\[\] getParameterAnnotations()：获取方法的注解信息，JDK 5.0中的新方法；
 *    Field：类的成员变量的反射类，通过Class\#getDeclaredFields()方法可以获取类的成员变量反射对象数组，通过Class\#getDeclaredField(String name)则可获取某个特定名称的成员变量反射对象。Field类最主要的方法是set(Object obj, Object value)，obj表示操作的目标对象，通过value为目标对象的成员变量设置值。如果成员变量为基础类型，用户可以使用Field类中提供的带类型名的值设置方法，如setBoolean(Object obj, boolean value)、setInt(Object obj, int value)等。

此外，Java还为包提供了Package反射类，在JDK 5.0中还为注解提供了AnnotatedElement反射类。总之，Java的反射体系保证了可以通过程序化的方式访问目标类中所有的元素，对于private或protected的成员变量和方法，只要JVM的安全机制允许，也可以通过反射进行调用，请看下面的例子：  
  
代码清单3-12  PrivateCarReflect

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1.  package com.baobaotao.reflect;  
2.  public class PrivateCar \{  
3.         //①private成员变量：使用传统的类实例调用方式，只能在本类中访问  
4.     private String color;   
5.          //②protected方法：使用传统的类实例调用方式，只能在子类和本包中访问  
6.     protected void drive()\{  
7.           
8.  System.out.println("drive private car! the color is:"\+color);  
9.     \}  
10. \}

package com.baobaotao.reflect;
    public class PrivateCar {
           //①private成员变量：使用传统的类实例调用方式，只能在本类中访问
       private String color; 
            //②protected方法：使用传统的类实例调用方式，只能在子类和本包中访问
       protected void drive(){
    	   
    System.out.println("drive private car! the color is:"+color);
       }
    }

color变量和drive()方法都是私有的，通过类实例变量无法在外部访问私有变量、调用私有方法的，但通过反射机制却可以绕过这个限制：  
  
代码清单3-13  PrivateCarReflect

Java代码 [ ![复制代码][icon_copy.gif]][_icon_copy.gif]  ![收藏代码][icon_star.png]![spinner.gif][]

1.  …  
2.  public class PrivateCarReflect \{  
3.     public static void main(String\[\] args) throws Throwable\{  
4.         ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();  
5.         Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.PrivateCar");  
6.         PrivateCar pcar = (PrivateCar)clazz.newInstance();  
7.           
8.         Field colorFld = clazz.getDeclaredField("color");  
9.          //①取消Java语言访问检查以访问private变量  
10.        colorFld.setAccessible(true);   
11.        colorFld.set(pcar,"红色");  
12.          
13.        Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive",(Class\[\])null);  
14.         //Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive"); JDK5.0下使用  
15.          
16.         //②取消Java语言访问检查以访问protected方法  
17.        driveMtd.setAccessible(true);   
18.         driveMtd.invoke(pcar,(Object\[\])null);  
19.   \}  
20. \}

…
    public class PrivateCarReflect {
       public static void main(String[] args) throws Throwable{
    	   ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    	   Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.PrivateCar");
    	   PrivateCar pcar = (PrivateCar)clazz.newInstance();
    	   
    	   Field colorFld = clazz.getDeclaredField("color");
            //①取消Java语言访问检查以访问private变量
    	   colorFld.setAccessible(true); 
    	   colorFld.set(pcar,"红色");
    	   
    	   Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive",(Class[])null);
            //Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive"); JDK5.0下使用
           
            //②取消Java语言访问检查以访问protected方法
    	   driveMtd.setAccessible(true); 
            driveMtd.invoke(pcar,(Object[])null);
      }
    }

运行该类，打印出以下信息：

引用

drive private car! the color is:红色

在访问private、protected成员变量和方法时必须通过setAccessible(boolean access)方法取消Java语言检查，否则将抛出IllegalAccessException。如果JVM的安全管理器设置了相应的安全机制，调用该方法将抛出SecurityException。  
  
这些文章摘自于我的 **《Spring 3.x企业应用开发实战》**，我将通过连载的方式，陆续在此发出。欢迎大家讨论。

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