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java反射机制详解.docx
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java反射机制详解
java-反射机制txt.txt25爱是一盏灯,黑暗中照亮前行的远方;爱是一首诗,冰冷中温暖渴求的心房;爱是夏日的风,是冬日的阳,是春日的雨,是秋日的果。
反射使您的程序代码能够接入装载到JVM中的类的内部信息,允许您编写与执行时,而不是源代码中选定的类协作的代码。
这使反射成为构建灵活的应用的主要工具。
但需注意的是--如果使用不当,反射的成本很高。
在Java平台系列的第2部分中,软件顾问DennisSosnoski介绍了如何使用反射,以及某些相关的成本。
您还将找到JavaReflectionAPI如何使您能够在运行时关联对象。
在“Java编程的动态性,第1部分,”我为您介绍了Java编程类和类装入。
该篇文章介绍了一些Java二进制类格式的相关信息。
这个月我将阐述使用Java反射API来在运行时接入和使用一些相同信息的基础。
为了使已经熟知反射基础的开发人员关注本文,我将在文章中包括反射性能如何与直接接入相比较。
使用反射不同于常规的Java编程,其中它与元数据--描述其它数据的数据协作。
Java语言反射接入的特殊类型的原数据是JVM中类和对象的描述。
反射使您能够运行时接入广泛的类信息。
它甚至使您能够读写字段,调用运行时选择的类的方法。
反射是一种强大的工具。
它使您能够创建灵活的代码,这些代码可以在运行时装配,无需在组件之间进行源代表链接。
但反射的某些方面存在一些疑问。
在本文中,我将深入讨论为什么您可能不希望在程序中使用反射,以及您应该这样做的理由。
在了解了权衡性分析之后,您可以自行决定是否利大于弊。
初学者的类
使用反射的启点总是java.lang.Class实例。
如果您希望与预先定义的类协作,那么Java语言提供一种直接获得Class实例的简便快捷方式:
第1部分,“类和类装入”
代码:
Classclas=MyClass.class;
当您使用这一项技术时,装入类涉及的所有工作在幕后进行。
但是,如果您需要在运行时从某些外部源读取类名,这种方法并不适合。
实际上,您需要使用一个类装入器来查找类信息。
以下介绍一种方法:
代码:
//"name"istheclassnametoload
Classclas=null;
try{
clas=Class.forName(name);
}catch(ClassNotFoundExceptionex){
//handleexceptioncase
}
//usetheloadedclass
如果已经装入了类,您将得到现有的Class信息。
如果类未被装入,类装入器将现在装入并返回新创建的类实例。
基于类的反射
Class对象为您提供接入类元数据的反射的所有基本hook。
这类元数据包括关于类自身的信息,如包和类的父类,以及该类实施的接口。
它还包括该类定义的构造函数、字段和方法的详细信息。
这些最后的项目都是编程中最经常使用的项目,因此我将在本小节的稍后部分给出一些与它们协作的实例。
对于以下三类组件中的任何一类来说--构造函数、字段和方法--java.lang.Class提供四种独立的反射调用,以不同的方式来获得信息。
调用都遵循一种标准格式。
以下是用于查找构造函数的一组反射调用:
ConstructorgetConstructor(Class[]params)--获得使用特殊的参数类型的公共构造函数,
Constructor[]getConstructors()--获得类的所有公共构造函数
ConstructorgetDeclaredConstructor(Class[]params)--获得使用特定参数类型的构造函数(与接入级别无关)
Constructor[]getDeclaredConstructors()--获得类的所有构造函数(与接入级别无关)
每类这些调用都返回一个或多个java.lang.reflect.Constructor函数。
这种Constructor类定义newInstance方法,它采用一组对象作为其唯一的参数,然后返回新创建的原始类实例。
该组对象是用于构造函数调用的参数值。
作为解释这一工作流程的实例,假设您有一个TwoString类和一个使用一对Strings的构造函数,如清单1所示:
清单1:
从一对字符串创建的类
代码:
publicclassTwoString{
privateStringm_s1,m_s2;
publicTwoString(Strings1,Strings2){
m_s1=s1;
m_s2=s2;
}
}
清单2中的代码获得构造函数并使用它来创建使用Strings"a"和"b"的TwoString类的一个实例:
清单2:
构造函数的反射调用
代码:
Class[]types=newClass[]{String.class,String.class};
Constructorcons=TwoString.class.getConstructor(types);
Object[]args=newObject[]{"a","b"};
TwoStringts=cons.newInstance(args);
清单2中的代码忽略了不同反射方法抛出的多种可能选中的例外类型。
例外在JavadocAPI描述中详细记录,因此为了简明起见,我将在所有程序实例中忽略它们。
尽管我在讨论构造函数主题,Java编程语言还定义了一种您可以用来使用无参数(或缺省)构造函数创建类的一个实例的特殊快捷方式。
这种快捷方式嵌入到Class定义中,如下:
ObjectnewInstance()--使用缺省函数创建新的实例
即使这种方法只允许您使用一种特殊的构造函数,如果这正是您需要的,那么它将提供一种非常方便的快捷方式。
当与JavaBeans协作时这项技术尤其有用,JavaBeans需要定义公共、无参数构造函数。
通过反射增加字段获得字段信息的Class反射调用不同于那些用于接入构造函数的调用,在参数类型数组中使用了字段名:
FieldgetField(Stringname)--获得命名的公共字段
Field[]getFields()--获得类的所有公共字段
FieldgetDeclaredField(Stringname)--获得类声明的命名的字段
Field[]getDeclaredFields()--获得类声明的所有字段
本文来自:
()详细出处参考:
尽管与构造函数调用类似,在字段方面仍存在一个重要的区别:
前两个变量返回可以通过类接入的公共字段的信息--即使它们来自于祖先类。
后两个变量返回类直接声明的字段的信息--与字段的接入类型无关。
调用返回的java.lang.reflect.Field实例定义所有主类型的getXXX和setXXX方法,以及与对象引用协作的通用get和set方法。
您可以根据实际的字段类型自行选择一种适当的方法,而getXXX方法将自动处理扩展转换(如使用getInt方法来检索一个字节值)。
清单3显示使用字段反射方法的一个实例,以方法的格式根据名称增加对象的int字段:
清单3:
通过反射增加一个字段
代码:
publicintincrementField(Stringname,Objectobj)throws...{
Fieldfield=obj.getClass().getDeclaredField(name);
intvalue=field.getInt(obj)+1;
field.setInt(obj,value);
returnvalue;
}
这种方法开始展示了反射带来的某些灵活性。
与特定的类协作不同,incrementField使用传入的对象的getClass方法来查找类信息,然后直接在该类中查找命名的字段。
通过反射增加方法
获得方法信息的Class反射调用与用于构造函数和字段的调用非常类似:
MethodgetMethod(Stringname,Class[]params)--使用特定的参数类型,获得命名的公共方法
Method[]getMethods()--获得类的所有公共方法
MethodgetDeclaredMethod(Stringname,Class[]params)--使用特写的参数类型,获得类声明的命名的方法
Method[]getDeclaredMethods()--获得类声明的所有方法
与字段调用一样,前两个变量返回可以通过类接入的公共方法的信息--即使它们来自于祖先类。
后两个变量返回类声明的方法的信息,与方法的接入类型无关。
调用返回的java.lang.reflect.Method实例定义一种invoke方法,您可以用来在正在定义的类的一个实例上调用方法。
这种invoke方法使用两个参数,为调用提供类实例和参数值数组。
清单4进一步阐述字段实例,显示反射正在运行的方法的一个实例。
这种方法增加一个定义有get和set方法的intJavaBean属性。
例如,如果对象为一个整数count值定义了getCount和setCount方法,您可以在一次调用中向该方法传递“count”作为name参数,以增加该值。
清单4:
通过反射增加一个JavaBean属性
代码:
publicintincrementProperty(Stringname,Objectobj){
Stringprop=Character.toUpperCase(name.charAt(0))+
name.substring
(1);
Stringmname="get"+prop;
Class[]types=newClass[]{};
Methodmethod=obj.getClass().getMethod(mname,types);
Objectresult=method.invoke(obj,newObject[0]);
intvalue=((Integer)result).intValue()+1;
mname="set"+prop;
types=newClass[]{int.class};
method=obj.getClass().getMethod(mname,types);
method.invoke(obj,newObject[]{newInteger(value)});
returnvalue;
}
为了遵循JavaBeans惯例,我把属性名的首字母改为大写,然后预先考虑get来创建读方法名,set来创建写方法名。
JavaBeans读方法仅返回值,而写方法使用值作为唯一的参数,因此我规定方法的参数类型以进行匹配。
最后,该惯例要求方法为公共,因此我使用查找格式,查找类上可调用的公共方法。
这一实例是第一个我使用反射传递主值的实例,因此现在我们来看看它是如何工作的。
基本原理很简单:
无论什么时候您需要传递主值,只需用相应封装类的一个实例(在java.lang包中定义)来替换该类主值。
这可以应用于调用和返回。
因此,当我在实例中调用get方法时,我预计结果为实际int属性值的java.lang.Integer封装。
反射数组
数组是Java编程语言中的对象。
与所有对象一样,它们都有类。
如果您有一个数组,使用标准getClass方法,您可以获得该数组的类,就象任何其它对象一样。
但是,不通过现有的实例来获得类不同于其它类型的对象。
即使您有一个数组类,您也不能直接对它进行太多的操作--反射为标准类提供的构造函数接入不能用于数组,而且数组没有任何可接入的字段,只有基本的java.lang.Object方法定义用于数组对象。
数组的特殊处理使用java.lang.reflect.Array类提供的静态方法的集合。
该类中的方法使您能够创建新数组,获得数组对象的长度,读和写数组对象的索引值。
清单5显示了一种重新调整现有数组大小的有效方法。
它使用反射来创建相同类型的新数组,然后在返回新数组之前,在老数组中复制所有数据。
清单5:
通过反射来扩展一个数组
代码:
publicObjectgrowArray(Objectarray,intsize){
Classtype=array.getClass().getComponentType();
Objectgrown=Array.newInstance(type,size);
System.arraycopy(array,0,grown,0,
Math.min(Array.getLength(array),size));
returngrown;
}
安全性和反射
在处理反射时安全性是一个较复杂的问题。
反射经常由框架型代码使用,由于这一点,您可能希望框架能够全面接入您的代码,无需考虑常规的接入限制。
但是,在其它情况下,不受控制的接入会带来严重的安全性风险,如当代码在不值得信任的代码共享的环境中运行时。
由于这些互相矛盾的需求,Java编程语言定义一种多级别方法来处理反射的安全性。
基本模式是对反射实施与应用于源代码接入相同的的限制:
从任意位置到类公共组件的接入
类自身外部无任何到私有组件的接入
受保护和打包(缺省接入)组件的有限接入
不过-至少某些时候,围绕这些限制有一种简单的方法。
我在前面实例中使用的Constructor、Field和Method类都扩展了一个普通的基本类--java.lang.reflect.AccessibleObject类。
该类定义一种setAccessible方法,使您能够启动或关闭对这些类中其中一个类的实例的接入检测。
唯一的问题在于如果使用了安全性管理器,它将检测正在关闭接入检测的代码是否许可了这样做。
如果未许可,安全性管理器抛出一个例外。
清单6展示了一个程序,在清单1TwoString类的一个实例上使用反射来显示安全性正在运行:
清单6:
反射安全性正在运行
代码:
publicclassReflectSecurity{
publicstaticvoidmain(String[]args){
try{
TwoStringts=newTwoString("a","b");
Fieldfield=clas.getDeclaredField("m_s1");
//field.setAccessible(true);
System.out.println("Retrievedvalueis"+
field.get(inst));
}catch(Exceptionex){
ex.printStackTrace(System.out);
}
}
}
如果您编译了这一程序,不使用任何特定参数直接从命令行运行,它将在field.get(inst)调用中抛出一个IllegalAccessException。
如果您未注释field.setAccessible(true)代码行,那么重新编译并重新运行该代码,它将取得成功。
最后,如果您在命令行添加了JVM参数-Djava.security.manager以实现安全性管理器,它将再次失败,除非您定义了ReflectSecurity类的许可权限。
反射性能
反射是一种强大的工具,但也存在一些不足。
一个主要的缺点是对性能有影响。
使用反射基本上是一种解释操作,您可以告诉JVM您希望做什么并且它满足您的要求。
这类操作总是慢于只直接执行相同的操作。
为了阐述使用反射的性能成本,我为本文准备了一组基准程序(见参考资料,完整代码链接)。
清单7是字段接入性能测试的一个摘用,包括基本的测试方法。
每种方法测试字段接入的一种形式--accessSame与同一对象的成员字段协作,accessOther使用可直接接入的另一对象的字段,accessReflection使用可通过反射接入的另一对象的字段。
在每种情况下,方法执行相同的计算--循环中简单的加/乘顺序。
清单7:
字段接入性能测试代码
代码:
publicintaccessSame(intloops){
m_value=0;
for(intindex=0;index m_value=(m_value+ADDITIVE_VALUE)* MULTIPLIER_VALUE; } returnm_value; } publicintaccessReference(intloops){ TimingClasstiming=newTimingClass(); for(intindex=0;index timing.m_value=(timing.m_value+ADDITIVE_VALUE)* MULTIPLIER_VALUE; } returntiming.m_value; } publicintaccessReflection(intloops)throwsException{ TimingClasstiming=newTimingClass(); try{ Fieldfield=TimingClass.class. getDeclaredField("m_value"); for(intindex=0;index intvalue=(field.getInt(timing)+ ADDITIVE_VALUE)*MULTIPLIER_VALUE; field.setInt(timing,value); } returntiming.m_value; }catch(Exceptionex){ System.out.println("Errorusingreflection"); throwex; } } 测试程序重复调用每种方法,使用一个大循环数,从而平均多次调用的时间衡量结果。 平均值中不包括每种方法第一次调用的时间,因此初始化时间不是结果中的一个因素。 在为本文进行的测试中,每次调用时我使用1000万的循环数,在1GHzPIIIm系统上运行。 三个不同LinuxJVM的计时结果如图1所示。 所有测试使用每个JVM的缺省设置。 本文来自: ()详细出处参考: 上表的对数尺度可以显示所有时间,但减少了差异看得见的影响。 在前两副图中(SunJVM),使用反射的执行时间超过使用直接接入的1000倍以上。 通过比较,IBMJVM可能稍好一些,但反射方法仍旧需要比其它方法长700倍以上的时间。 任何JVM上其它两种方法之间时间方面无任何显著差异,但IBMJVM几乎比SunJVM快一倍。 最有可能的是这种差异反映了SunHotSpotJVM的专业优化,它在简单基准方面表现得很糟糕。 除了字段接入时间测试之外,我还进行了相同的方法调用时间测试。 在方法调用中,我试用了与字段接入相同的三种接入变量,并增加了使用无参数方法变量,而不是在方法调用中传递和返回一个值。 清单8显示了用于测试调用传递和返回值形式的三种方法的代码。 清单8: 方法接入性能测试代码 代码: publicintcallDirectArgs(intloops){ intvalue=0; for(intindex=0;index value=step(value); } returnvalue; } publicintcallReferenceArgs(intloops){ TimingClasstiming=newTimingClass(); intvalue=0; for(intindex=0;index value=timing.step(value); } returnvalue; } publicintcallReflectArgs(intloops)throwsException{ TimingClasstiming=newTimingClass(); try{ Methodmethod=TimingClass.class.getMethod ("step",newClass[]{int.class}); Object[]args=newObject[1]; Objectvalue=newInteger(0); for(intindex=0;index args[0]=value; value=method.invoke(timing,args); } return((Integer)value).intValue(); }catch(Exceptionex){ System.out.println("Errorusingreflection"); throwex; } } 反射性能是Sun开发1.4JVM时关注的一个方面,它在反射方法调用结果中显示。 在这类操作的性能方面,Sun1.4.1JVM显示了比1.3.1版本很大的改进,在我的测试中运行速度大约是1.3.1版本的开部。 在这类简单的测试中,IBM1.4.0JVM再次获得了更好的成绩,但是只比Sun1.4.1JVM快两到三倍。 我还为创建使用反射的对象编写了类似的计时测试程序,但这种情况下的差异不象字段和方法调用情况下那么显著。 使用newInstance()调用创建一个简单的java.lang.Object实例耗用的时间大约是在Sun1.3.1JVM上使用newObject()的12倍
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