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Java反射机制与动态代理

1. 概述

Java 反射机制与动态代理我们平时写代码可能用得比较少，但在各种常见的框架（Spring、MyBatis 等）中却屡见不鲜。有句话叫“无反射，不框架；无代理，不框架”。

由于以后打算阅读和学习框架的源码，这里先简单回顾反射机制和动态代理（暂不深入分析实现原理） ，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，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性。这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为 Java 语言的反射机制。

从面向对象的角度来看，我们平时用到的"类"、"构造器"、"属性"、"方法"其实也是一个"类"，它们在 JDK 中分别对应 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，我们平时自定义的"类"可以理解为 Class 的一个对象。

简单来说（个人理解），反射机制就是通过 Class、Constructor 等"元类"来操作其他的普通类（创建对象、调用方法等）。下面以简单代码示例。

2.1 准备代码

定义一个普通的 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() {
  }
}

定义一个普通的 Person 类，继承自 Human，如下：

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

  private int age;

  // 各种修饰符的构造器
  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 方法
  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;
  }

  // 自定义方法
  private void test() {
    System.out.println("test is invoked.");
  }

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

该 Person 类定义了 name 和 age 两个成员变量及其 getter/setter 方法，还有四个构造器，分别使用不同的修饰符，自定义了一个 test 方法，重写了 toString 方法。

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 对象通常有下面三种方式：

// 方式一：从对象获取
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
  而且可以证明，这三种方式得到的同一个 Class 对象，即同一个 Person 类
*/

获取到了 Class 对象，就可以使用 Class 对象来创建 Person 对象或者做一些其他操作，例如：

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

// 使用 Class 创建 Person 对象
System.out.println(aClass.newInstance()); // 创建 Person 对象

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

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

2.3 获取 Constructor

Class 中获取构造器（Constructor）的方法如下：

  1. getConstructors: 获取所有 public 构造器；

  2. getDeclaredConstructors: 获取所有构造器（包括 private 类型）；

  3. getConstructor(Class… parameterTypes): 获取指定参数的 public 构造器；

  4. getDeclaredConstructor(Class… parameterTypes): 获取指定参数的构造器（包括 private 类型）。

测试代码：

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

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

    // 4. 获取指定的构造器（根据参数类型）
    Constructor<?> constructor = aClass.getDeclaredConstructor(String.class);
    // 修改访问权限（用这种方式可以使用 private 类型构造器创建对象）
    constructor.setAccessible(true);
    // 使用该构造器创建 Person 对象
    Object instance = constructor.newInstance("Ace");
    System.out.println(instance);
}

输出结果如下：

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）的方法如下：

  1. getFields(): 获取 public 属性（包含父类）；

  2. getDeclaredFields(): 获取所有属性（包括 private 类型）；

  3. getField(String name): 获取指定名称的 public 属性；

  4. getDeclaredField(String name): 获取指定名称的属性（包括 private 类型）。

测试代码：

private static void testFields(Class<?> aClass) throws Exception {
    // 1. 获取 public 属性（包含父类的 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);
    
    // 给指定对象的属性赋值（private 类型不能赋值，需要修改访问权限）
    Object obj = aClass.newInstance();
    age.setAccessible(true); // 修改访问权限
    age.set(obj, 18); // 设置新值
    System.out.println("obj-->" + obj);
}

输出结果：

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 方法（Method）的方法如下：

  1. getMethods(): 获取所有 pubic 方法（包括父类及 Object 类）；

  2. getDeclaredMethods(): 获取所有方法（包括 private 方法）；

  3. getMethod(String name, Class… parameterTypes): 获取指定名称和参数的 public 方法；

  4. getDeclaredMethod(String name, Class… parameterTypes): 获取指定名称和参数的方法（包括 private 方法）。

测试代码：

private static void testMethods(Class<?> aClass) throws Exception {
  // 1. 获取所有 public 方法（包括父类及 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法
  Method[] declaredMethods = aClass.getDeclaredMethods();
  for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
    System.out.println("declaredMethod-->" + declaredMethod);
  }
  
  // 4. 获取指定的方法并调用
  Method method = aClass.getDeclaredMethod("test");
  method.setAccessible(true); // 修改访问权限
  System.out.println("方法名：" + method.getName());
  System.out.println("方法修饰符：" + Modifier.toString(method.getModifiers()));
  Object instance = aClass.newInstance();
  System.out.println(method.invoke(instance));
}

输出结果：

// getMethods 方法返回结果：
  // Person 类的 public 方法：
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 方法：
method-->public void com.jaxer.example.reflection.Human.hi()
  // Object 类的 public 方法：
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 方法返回结果：
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()

// 调用 test 方法：
方法名：private void com.jaxer.example.reflection.Person.test()
方法修饰符：private
test is invoked.
null

框架中常用的反射机制主要是以上那些，这里暂不深究其实现原理，以后有需要再行补充。下面简要分析代理相关的内容。

3. 代理

使用代理的主要目的：对目标对象（的方法）进行功能增强，例如 Spring 的 AOP。

既然是对目标对象的方法进行增强，代理对象的方法中一定会调用目标对象的方法。而且一般会在目标对象的方法调用前后（或者其他时机）做一些其他的处理以达到增强的效果。

代理模式通常分为「静态代理」和「动态代理」，静态代理使用较少；而动态代理常用的有 JDK 动态代理和 CGLib 动态代理。下面简要分析。

3.1 准备代码

一个普通的 Java 接口及其实现类如下：

// 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("保存用户名：" + name);
    }
}

无论静态代理还是动态代理，都是对该类的 save 方法进行增强。

此处以在该方法执行前后各打印一句话来演示。

3.2 静态代理

主要思想：创建一个 UserService 接口的实现类 UserServiceProxy（代理对象），并且该类持有 UserServiceImpl 对象（目标对象），在 UserServiceProxy 类的 save 方法中调用 UserServiceImpl 的 save 方法，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("---静态代理：方法执行前---");
    userService.save(name); // 调用目标类的方法
    System.out.println("---静态代理：方法执行后---");
  }
}

测试代码：

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

/* 运行结果：
  ---静态代理：方法执行前---
  保存用户：jack
  ---静态代理：方法执行后---
*/

显而易见，使用 UserServiceProxy 可以增强 UserServiceImpl 的 save 方法。但由于代码是固定的（编码期间写好的），不够灵活，因此静态代理使用较少，通常使用动态代理。

PS: 此处代码实现形式可能不尽相同，但思路相近。

3.3 动态代理

与静态代理相比，动态代理则是在运行时动态生成一个代理类，该类可以对目标对象的方法进行功能增强。动态代理常用的有 JDK 动态代理和 CGLib 动态代理，下面简要分析。

3.3.1 JDK 动态代理

JDK 的动态代理实现方式：

使用 Proxy 类的 newProxyInstance 方法创建代理对象，使用 InvocationHandler 来实现增强的逻辑（通常创建一个 InvocationHandler 接口的实现类，在其 invoke 方法中实现增强的逻辑）。示例代码如下（仅供参考）：

// JDK 代理工厂，作用是生成代理对象
public class JDKProxyFactory {
    // 获取 target 的代理对象（其中 target 为目标对象）
    public Object getProxy(Object target) {
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(), new MyInvocationHandler(target));
    }
    
    // 自定义 InvocationHandler
    private static class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
        // 目标对象
        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("目标类方法执行前-----");
            Object result = method.invoke(target, args); // 调用目标对象的方法
            System.out.println("目标类方法执行后-----");
            return result;
        }
    }
}

测试代码：

private static void testJdkProxy() {
    UserService userService = new UserServiceImpl(); // 目标对象
    JDKProxyFactory jdkProxyFactory = new JDKProxyFactory(); // 代理工厂
    // 使用代理工厂生成代理对象
    UserService proxy = (UserService) jdkProxyFactory.getProxy(userService);
    proxy.save("jack"); // 调用代理对象的方法（已对目标对象进行增强）
}

/* 运行结果：
    目标类方法执行前-----
    保存用户：jack
    目标类方法执行后-----
*/

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

3.3.2 CGLib 动态代理

主要思路：

创建一个目标类的子类 Enhancer，在子类中设置回调对象（MethodInterceptor），并在回调方法（intercept）中实现对目标对象的增强功能逻辑。示例代码如下：

// CGLIB 工厂，用于生成代理对象
public class CglibProxyFactory {
    // 获取代理对象（对目标对象进行增强）
    public Object getProxy(Object target) {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(target.getClass());
        enhancer.setCallback(new MyMethodInterceptor()); // 设置回调
        return enhancer.create();
    }

    // 自定义方法拦截 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方法调用前");
            Object o = proxy.invokeSuper(obj, args); // 调用目标对象的方法
            System.out.println("cglib方法调用后");
            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");
}

/* 运行结果：
  cglib方法调用前
  保存用户：jack
  cglib方法调用后
*/

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 动态代理不依赖第三方库，CGLib 需要依赖第三方库；

  • 若目标对象实现了接口，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： 简单来说，反射机制主要是通过 Class、Constructor 等"元类"来操作其他的普通类，以达到在运行期间动态创建对象、动态调用方法等目的。

静态代理&动态代理：二者主要区别在于时机，静态代理 在编码 期已写好代理类，而动态代理则是在运行期间动态生成代理类。

JDK 动态代理& CGLib 动态代理的主要区别：

  • JDK 动态代理不依赖第三方库，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 生成代理对象；而  CGLib 使用 MethodInterceptor 接口实现增强逻辑，使用 Enhancer 生成代理对象；

  • 若目标对象实现了接口，两种方式都可以使用；若未实现接口，则只能使用 CGLib。

Java反射机制与动态代理

原文  http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4NzYyMDE4MQ==&mid=2247484102&idx=1&sn=f83d5843206cf73b5eaea533944ca558
正文到此结束
所属分类： 编程技术 Java

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