Java反射机制与动态代理

2021-03-31 18:25

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标签：输出编码通过 extend edm not ack 图片 callback

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：

getConstructors: 获取所有 public 构造器；
getDeclaredConstructors: 获取所有构造器（包括 private 类型）；
getConstructor(Class… parameterTypes): 获取指定参数的 public 构造器；
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：

getFields(): 获取 public 属性（包含父类）；
getDeclaredFields(): 获取所有属性（包括 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：

getMethods(): 获取所有 pubic 方法（包括父类及 Object 类）；
getDeclaredMethods(): 获取所有方法（包括 private 方法）；
getMethod(String name, Class… parameterTypes): 获取指定名称和参数的 public 方法；
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

4.3.3.2 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。

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标签：输出编码通过 extend edm not ack 图片 callback

原文地址：https://blog.51cto.com/14901361/2523630

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文章标题：Java反射机制与动态代理
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Java反射机制与动态代理

2. 反射机制

2.1 准备代码

2.2 获取 Class

2.3 获取 Constructor

2.4 获取 Field

2.5 获取 Method

3. 代理

3.1 准备代码

3.2 静态代理

3.3 动态代理

3.3.1 JDK 动态代理

4.3.3.2 CGLib 动态代理

4. 小结

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