在“?Java編程的動(dòng)態(tài)性，第1部分，”我為您介紹了Java編程類和類裝入。該篇文章介紹了一些Java二進(jìn)制類格式的相關(guān)信息。這個(gè)月我將闡述使用Java反射API來在運(yùn)行時(shí)接入和使用一些相同信息的基礎(chǔ)。為了使已經(jīng)熟知反射基礎(chǔ)的開發(fā)人員關(guān)注本文，我將在文章中包括反射性能如何與直接接入相比較。

使用反射不同于常規(guī)的Java編程，其中它與?元數(shù)據(jù)--描述其它數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)協(xié)作。Java語言反射接入的特殊類型的原數(shù)據(jù)是JVM中類和對(duì)象的描述。反射使您能夠運(yùn)行時(shí)接入廣泛的類信息。它甚至使您能夠讀寫字段,調(diào)用運(yùn)行時(shí)選擇的類的方法。

反射是一種強(qiáng)大的工具。它使您能夠創(chuàng)建靈活的代碼，這些代碼可以在運(yùn)行時(shí)裝配，無需在組件之間進(jìn)行源代表鏈接。但反射的某些方面存在一些疑問。在本文中，我將深入討論為什么您可能?不希望在程序中使用反射，以及您應(yīng)該這樣做的理由。在了解了權(quán)衡性分析之后，您可以自行決定是否利大于弊。

初學(xué)者的類

使用反射的啟點(diǎn)總是?java.lang.Class?實(shí)例。如果您希望與預(yù)先定義的類協(xié)作，那么Java語言提供一種直接獲得?Class?實(shí)例的簡便快捷方式：

Class clas = MyClass.class;

當(dāng)您使用這一項(xiàng)技術(shù)時(shí)，裝入類涉及的所有工作在幕后進(jìn)行。但是，如果您需要在運(yùn)行時(shí)從某些外部源讀取類名，這種方法并不適合。實(shí)際上，您需要使用一個(gè)類裝入器來查找類信息。以下介紹一種方法：

// "name" is the class name to load Class clas = null; try {clas = Class.forName(name); } catch (ClassNotFoundException ex) {// handle exception case } // use the loaded class

如果已經(jīng)裝入了類，您將得到現(xiàn)有的?Class?信息。如果類未被裝入，類裝入器將現(xiàn)在裝入并返回新創(chuàng)建的類實(shí)例。

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基于類的反射

Class?對(duì)象為您提供接入類元數(shù)據(jù)的反射的所有基本hook。這類元數(shù)據(jù)包括關(guān)于類自身的信息，如包和類的父類，以及該類實(shí)施的接口。它還包括該類定義的構(gòu)造函數(shù)、字段和方法的詳細(xì)信息。這些最后的項(xiàng)目都是編程中最經(jīng)常使用的項(xiàng)目， 因此我將在本小節(jié)的稍后部分給出一些與它們協(xié)作的實(shí)例。

對(duì)于以下三類組件中的任何一類來說 -- 構(gòu)造函數(shù)、字段和方法 --?java.lang.Class?提供四種獨(dú)立的反射調(diào)用，以不同的方式來獲得信息。調(diào)用都遵循一種標(biāo)準(zhǔn)格式。以下是用于查找構(gòu)造函數(shù)的一組反射調(diào)用：

• Constructor getConstructor(Class[] params)?-- 獲得使用特殊的參數(shù)類型的公共構(gòu)造函數(shù)，
• Constructor[] getConstructors()?-- 獲得類的所有公共構(gòu)造函數(shù)
• Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params)?-- 獲得使用特定參數(shù)類型的構(gòu)造函數(shù)(與接入級(jí)別無關(guān))
• Constructor[] getDeclaredConstructors()?-- 獲得類的所有構(gòu)造函數(shù)(與接入級(jí)別無關(guān))

每類這些調(diào)用都返回一個(gè)或多個(gè)?java.lang.reflect.Constructor?函數(shù)。這種?Constructor?類定義?newInstance?方法，它采用一組對(duì)象作為其唯一的參數(shù)，然后返回新創(chuàng)建的原始類實(shí)例。該組對(duì)象是用于構(gòu)造函數(shù)調(diào)用的參數(shù)值。作為解釋這一工作流程的實(shí)例，假設(shè)您有一個(gè)TwoString?類和一個(gè)使用一對(duì)?String?s的構(gòu)造函數(shù)，如清單1所示：

清單1:從一對(duì)字符串創(chuàng)建的類&#160

public class TwoString {private String m_s1, m_s2;public TwoString(String s1, String s2) {m_s1 = s1;m_s2 = s2;} }

清單2中的代碼獲得構(gòu)造函數(shù)并使用它來創(chuàng)建使用?String?s?"a"?和?"b"?的?TwoString?類的一個(gè)實(shí)例:

清單2：構(gòu)造函數(shù)的反射調(diào)用

Class[] types = new Class[] { String.class, String.class };Constructor cons = TwoString.class.getConstructor(types);Object[] args = new Object[] { "a", "b" };TwoString ts = cons.newInstance(args);

清單2中的代碼忽略了不同反射方法拋出的多種可能選中的例外類型。例外在 Javadoc API 描述中詳細(xì)記錄，因此為了簡明起見，我將在所有程序?qū)嵗泻雎运鼈儭?/p>

盡管我在討論構(gòu)造函數(shù)主題，Java編程語言還定義了一種您可以用來使用?無參數(shù)（或缺省）構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建類的一個(gè)實(shí)例的特殊快捷方式。這種快捷方式嵌入到?Class?定義中，如下：

Object newInstance()?-- 使用缺省函數(shù)創(chuàng)建新的實(shí)例

即使這種方法只允許您使用一種特殊的構(gòu)造函數(shù)，如果這正是您需要的，那么它將提供一種非常方便的快捷方式。當(dāng)與JavaBeans協(xié)作時(shí)這項(xiàng)技術(shù)尤其有用，JavaBeans需要定義公共、無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)。

通過反射增加字段

獲得字段信息的?Class?反射調(diào)用不同于那些用于接入構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用，在參數(shù)類型數(shù)組中使用了字段名：

• Field getField(String name)?-- 獲得命名的公共字段
• Field[] getFields()?-- 獲得類的所有公共字段
• Field getDeclaredField(String name)?-- 獲得類聲明的命名的字段
• Field[] getDeclaredFields()?-- 獲得類聲明的所有字段

盡管與構(gòu)造函數(shù)調(diào)用類似，在字段方面仍存在一個(gè)重要的區(qū)別：前兩個(gè)變量返回可以通過類接入的公共字段的信息 -- 即使它們來自于祖先類。后兩個(gè)變量返回類直接聲明的字段的信息 -- 與字段的接入類型無關(guān)。

調(diào)用返回的?java.lang.reflect.Field?實(shí)例定義所有主類型的?getXXX?和?setXXX?方法，以及與對(duì)象引用協(xié)作的通用?get?和?set?方法。您可以根據(jù)實(shí)際的字段類型自行選擇一種適當(dāng)?shù)姆椒?#xff0c;而?getXXX?方法將自動(dòng)處理擴(kuò)展轉(zhuǎn)換(如使用?getInt?方法來檢索一個(gè)字節(jié)值)。

清單3顯示使用字段反射方法的一個(gè)實(shí)例，以方法的格式根據(jù)名稱增加對(duì)象的?int?字段 ：

清單3：通過反射增加一個(gè)字段

public int incrementField(String name, Object obj) throws... {Field field = obj.getClass().getDeclaredField(name);int value = field.getInt(obj) + 1;field.setInt(obj, value);return value; }

這種方法開始展示了反射帶來的某些靈活性。與特定的類協(xié)作不同，?incrementField?使用傳 入的對(duì)象的?getClass?方法來查找類信息，然后直接在該類中查找命名的字段。

通過反射增加方法

獲得方法信息的?Class?反射調(diào)用與用于構(gòu)造函數(shù)和字段的調(diào)用非常類似：

• Method getMethod(String name, Class[] params)?-- 使用特定的參數(shù)類型，獲得命名的公共方法
• Method[] getMethods()?-- 獲得類的所有公共方法
• Method getDeclaredMethod(String name, Class[] params)?-- 使用特寫的參數(shù)類型，獲得類聲明的命名的方法
• Method[] getDeclaredMethods()?-- 獲得類聲明的所有方法

與字段調(diào)用一樣，前兩個(gè)變量返回可以通過類接入的公共方法的信息 -- 即使它們來自于祖先類。后兩個(gè)變量返回類聲明的方法的信息，與方法的接入類型無關(guān)。

調(diào)用返回的?java.lang.reflect.Method?實(shí)例定義一種?invoke?方法，您可以用來在正在定義的類的一個(gè)實(shí)例上調(diào)用方法。這種?invoke?方法使用兩個(gè)參數(shù)，為調(diào)用提供類實(shí)例和參數(shù)值數(shù)組。

清單4進(jìn)一步闡述字段實(shí)例，顯示反射正在運(yùn)行的方法的一個(gè)實(shí)例。這種方法增加一個(gè)定義有?get?和?set?方法的?int?JavaBean屬性。例如，如果對(duì)象為一個(gè)整數(shù)?count?值定義了?getCount?和?setCount?方法，您可以在一次調(diào)用中向該方法傳遞“count”作為?name?參數(shù)，以增加該值。

清單4：通過反射增加一個(gè)JavaBean 屬性

public int incrementProperty(String name, Object obj) {String prop = Character.toUpperCase(name.charAt(0)) +name.substring(1);String mname = "get" + prop;Class[] types = new Class[] {};Method method = obj.getClass().getMethod(mname, types);Object result = method.invoke(obj, new Object[0]);int value = ((Integer)result).intValue() + 1;mname = "set" + prop;types = new Class[] { int.class };method = obj.getClass().getMethod(mname, types);method.invoke(obj, new Object[] { new Integer(value) });return value; }

為了遵循JavaBeans慣例，我把屬性名的首字母改為大寫，然后預(yù)先考慮?get?來創(chuàng)建讀方法名，?set?來創(chuàng)建寫方法名。JavaBeans讀方法僅返回值，而寫方法使用值作為唯一的參數(shù)，因此我規(guī)定方法的參數(shù)類型以進(jìn)行匹配。最后，該慣例要求方法為公共，因此我使用查找格式，查找類上可調(diào)用的公共方法。

這一實(shí)例是第一個(gè)我使用反射傳遞主值的實(shí)例，因此現(xiàn)在我們來看看它是如何工作的。基本原理很簡單：無論什么時(shí)候您需要傳遞主值，只需用相應(yīng)封裝類的一個(gè)實(shí)例（在?java.lang?包中定義）來替換該類主值。這可以應(yīng)用于調(diào)用和返回。因此，當(dāng)我在實(shí)例中調(diào)用?get?方法時(shí)，我預(yù)計(jì)結(jié)果為實(shí)際?int?屬性值的?java.lang.Integer?封裝。

反射數(shù)組

數(shù)組是Java編程語言中的對(duì)象。與所有對(duì)象一樣，它們都有類。如果您有一個(gè)數(shù)組，使用標(biāo)準(zhǔn)?getClass?方法，您可以獲得該數(shù)組的類，就象任何其它對(duì)象一樣。但是，?不通過現(xiàn)有的實(shí)例來獲得類不同于其它類型的對(duì)象。即使您有一個(gè)數(shù)組類，您也不能直接對(duì)它進(jìn)行太多的操作 -- 反射為標(biāo)準(zhǔn)類提供的構(gòu)造函數(shù)接入不能用于數(shù)組，而且數(shù)組沒有任何可接入的字段，只有基本的?java.lang.Object?方法定義用于數(shù)組對(duì)象。

數(shù)組的特殊處理使用?java.lang.reflect.Array?類提供的靜態(tài)方法的集合。該類中的方法使您能夠創(chuàng)建新數(shù)組，獲得數(shù)組對(duì)象的長度，讀和寫數(shù)組對(duì)象的索引值。

清單5顯示了一種重新調(diào)整現(xiàn)有數(shù)組大小的有效方法。它使用反射來創(chuàng)建相同類型的新數(shù)組，然后在返回新數(shù)組之前，在老數(shù)組中復(fù)制所有數(shù)據(jù)。

清單 5：通過反射來擴(kuò)展一個(gè)數(shù)組

public Object growArray(Object array, int size) {Class type = array.getClass().getComponentType();Object grown = Array.newInstance(type, size);System.arraycopy(array, 0, grown, 0,Math.min(Array.getLength(array), size));return grown; }

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安全性和反射

在處理反射時(shí)安全性是一個(gè)較復(fù)雜的問題。反射經(jīng)常由框架型代碼使用，由于這一點(diǎn)，您可能希望框架能夠全面接入您的代碼，無需考慮常規(guī)的接入限制。但是，在其它情況下，不受控制的接入會(huì)帶來嚴(yán)重的安全性風(fēng)險(xiǎn)，如當(dāng)代碼在不值得信任的代碼共享的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)。

由于這些互相矛盾的需求，Java編程語言定義一種多級(jí)別方法來處理反射的安全性?；灸Ｊ绞菍?duì)反射實(shí)施與應(yīng)用于源代碼接入相同的的限制：

• 從任意位置到類公共組件的接入
• 類自身外部無任何到私有組件的接入
• 受保護(hù)和打包（缺省接入）組件的有限接入

不過－至少某些時(shí)候，圍繞這些限制有一種簡單的方法。我在前面實(shí)例中使用的?Constructor?、?Field?和?Method?類都擴(kuò)展了一個(gè)普通的基本類--&#160?java.lang.reflect.AccessibleObject?類。該類定義一種?setAccessible?方法，使您能夠啟動(dòng)或關(guān)閉對(duì)這些類中其中一個(gè)類的實(shí)例的接入檢測(cè)。唯一的問題在于如果使用了安全性管理器，它將檢測(cè)正在關(guān)閉接入檢測(cè)的代碼是否許可了這樣做。如果未許可，安全性管理器拋出一個(gè)例外。

清單6展示了一個(gè)程序，在?清單 1TwoString?類的一個(gè)實(shí)例上使用反射來顯示安全性正在運(yùn)行：

清單 6：反射安全性正在運(yùn)行

public class ReflectSecurity {public static void main(String[] args) {try {TwoString ts = new TwoString("a", "b");Field field = clas.getDeclaredField("m_s1"); // field.setAccessible(true);System.out.println("Retrieved value is " +field.get(inst));} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace(System.out);}} }

如果您編譯了這一程序，不使用任何特定參數(shù)直接從命令行運(yùn)行，它將在?field.get(inst)?調(diào)用中拋出一個(gè)?IllegalAccessException?。如果您未注釋?field.setAccessible(true)?代碼行，那么重新編譯并重新運(yùn)行該代碼，它將取得成功。最后，如果您在命令行添加了JVM參數(shù)?-Djava.security.manager?以實(shí)現(xiàn)安全性管理器，它將再次失敗，除非您定義了?ReflectSecurity?類的許可權(quán)限。

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反射性能

反射是一種強(qiáng)大的工具，但也存在一些不足。一個(gè)主要的缺點(diǎn)是對(duì)性能有影響。使用反射基本上是一種解釋操作，您可以告訴JVM您希望做什么并且它滿足您的要求。這類操作總是慢于只直接執(zhí)行相同的操作。為了闡述使用反射的性能成本，我為本文準(zhǔn)備了一組基準(zhǔn)程序(見?參考資料，完整代碼鏈接)。

清單7是字段接入性能測(cè)試的一個(gè)摘用，包括基本的測(cè)試方法。每種方法測(cè)試字段接入的一種形式 --?accessSame?與同一對(duì)象的成員字段協(xié)作，accessOther?使用可直接接入的另一對(duì)象的字段，?accessReflection?使用可通過反射接入的另一對(duì)象的字段。在每種情況下，方法執(zhí)行相同的計(jì)算 -- 循環(huán)中簡單的加/乘順序。

清單 7：字段接入性能測(cè)試代碼

public int accessSame(int loops) {m_value = 0;for (int index = 0; index < loops; index++) {m_value = (m_value + ADDITIVE_VALUE) *MULTIPLIER_VALUE;}return m_value; } public int accessReference(int loops) {TimingClass timing = new TimingClass();for (int index = 0; index < loops; index++) {timing.m_value = (timing.m_value + ADDITIVE_VALUE) *MULTIPLIER_VALUE;}return timing.m_value; } public int accessReflection(int loops) throws Exception {TimingClass timing = new TimingClass();try {Field field = TimingClass.class.getDeclaredField("m_value");for (int index = 0; index < loops; index++) {int value = (field.getInt(timing) +ADDITIVE_VALUE) * MULTIPLIER_VALUE;field.setInt(timing, value);}return timing.m_value;} catch (Exception ex) {System.out.println("Error using reflection");throw ex;} }

測(cè)試程序重復(fù)調(diào)用每種方法，使用一個(gè)大循環(huán)數(shù)，從而平均多次調(diào)用的時(shí)間衡量結(jié)果。平均值中不包括每種方法第一次調(diào)用的時(shí)間，因此初始化時(shí)間不是結(jié)果中的一個(gè)因素。在為本文進(jìn)行的測(cè)試中， 每次調(diào)用時(shí)我使用1000萬的循環(huán)數(shù)，在1GHz PIIIm系統(tǒng)上運(yùn)行。三個(gè)不同Linux JVM的計(jì)時(shí)結(jié)果如圖1所示。所有測(cè)試使用每個(gè)JVM的缺省設(shè)置。

圖 1：字段接入時(shí)間

上表的對(duì)數(shù)尺度可以顯示所有時(shí)間，但減少了差異看得見的影響。在前兩副圖中(Sun JVM)，使用反射的執(zhí)行時(shí)間超過使用直接接入的1000倍以上。通過比較，IBM JVM可能稍好一些，但反射方法仍舊需要比其它方法長700倍以上的時(shí)間。任何JVM上其它兩種方法之間時(shí)間方面無任何顯著差異，但I(xiàn)BM JVM幾乎比Sun JVM快一倍。最有可能的是這種差異反映了Sun Hot Spot JVM的專業(yè)優(yōu)化，它在簡單基準(zhǔn)方面表現(xiàn)得很糟糕。

除了字段接入時(shí)間測(cè)試之外，我還進(jìn)行了相同的方法調(diào)用時(shí)間測(cè)試。在方法調(diào)用中，我試用了與字段接入相同的三種接入變量，并增加了使用無參數(shù)方法變量，而不是在方法調(diào)用中傳遞和返回一個(gè)值。清單8顯示了用于測(cè)試調(diào)用傳遞和返回值形式的三種方法的代碼。

清單 8：方法接入性能測(cè)試代碼

public int callDirectArgs(int loops) {int value = 0;for (int index = 0; index < loops; index++) {value = step(value);}return value; } public int callReferenceArgs(int loops) {TimingClass timing = new TimingClass();int value = 0;for (int index = 0; index < loops; index++) {value = timing.step(value);}return value; } public int callReflectArgs(int loops) throws Exception {TimingClass timing = new TimingClass();try {Method method = TimingClass.class.getMethod("step", new Class [] { int.class });Object[] args = new Object[1];Object value = new Integer(0);for (int index = 0; index < loops; index++) {args[0] = value;value = method.invoke(timing, args);}return ((Integer)value).intValue();} catch (Exception ex) {System.out.println("Error using reflection");throw ex;} }

圖 2顯示了我從方法調(diào)用中獲得的計(jì)時(shí)結(jié)果。反射遠(yuǎn)慢于直接接入。差異不象字段接入那么大，但是，在不使用參數(shù)的情況下，范圍從Sun 1.3.1 JVM的數(shù)百倍到IBM JVM的不到30倍。在所有JVM上，使用參數(shù)的反射方法調(diào)用的測(cè)試性能慢于不使用參數(shù)的調(diào)用。由于傳遞和返回?int值需要的?java.lang.Integer?封裝，這可能是局部的。由于?Integer?s是不可變的，每種方法返回提出了一種新的需求，它將增加大量的開銷。

圖 2：方法調(diào)用時(shí)間

反射性能是Sun開發(fā)1.4 JVM時(shí)關(guān)注的一個(gè)方面，它在反射方法調(diào)用結(jié)果中顯示。在這類操作的性能方面，Sun 1.4.1 JVM顯示了比1.3.1版本很大的改進(jìn)，在我的測(cè)試中運(yùn)行速度大約是1.3.1版本的開部。在這類簡單的測(cè)試中，IBM 1.4.0 JVM再次獲得了更好的成績，但是只比Sun 1.4.1 JVM快兩到三倍。

我還為創(chuàng)建使用反射的對(duì)象編寫了類似的計(jì)時(shí)測(cè)試程序，但這種情況下的差異不象字段和方法調(diào)用情況下那么顯著。使用?newInstance()?調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)簡單的?java.lang.Object?實(shí)例耗用的時(shí)間大約是在Sun 1.3.1 JVM上使用?new Object()?的12倍，是在IBM 1.4.0 JVM的四倍，只是Sun 1.4.1 JVM上的兩部。使用?Array.newInstance(type, size)?創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組耗用的時(shí)間是任何測(cè)試的JVM上使用?new type[size]?的兩倍，隨著數(shù)組大小的增加，差異逐步縮小。

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結(jié)束語

Java語言反射提供一種動(dòng)態(tài)鏈接程序組件的多功能方法。它允許程序創(chuàng)建和控制任何類的對(duì)象(根據(jù)安全性限制)，無需提前硬編碼目標(biāo)類。這些特性使得反射特別適用于創(chuàng)建以非常普通的方式與對(duì)象協(xié)作的庫。例如，反射經(jīng)常在持續(xù)存儲(chǔ)對(duì)象為數(shù)據(jù)庫、XML或其它外部格式的框架中使用。

反射有兩個(gè)缺點(diǎn)。第一個(gè)是性能問題。當(dāng)用于字段和方法接入時(shí)反射要遠(yuǎn)慢于直接代碼。性能問題的程度取決于程序中是如何使用反射的。如果它作為程序運(yùn)行中相對(duì)很少涉及的部分，緩慢的性能將不會(huì)是一個(gè)問題。即使測(cè)試中最壞情況下的計(jì)時(shí)圖顯示的反射操作只耗用幾微秒。僅反射在性能關(guān)鍵的應(yīng)用的核心邏輯中使用時(shí)性能問題才變得至關(guān)重要。

許多應(yīng)用更嚴(yán)重的一個(gè)缺點(diǎn)是使用反射會(huì)模糊程序內(nèi)部實(shí)際要發(fā)生的事情。程序人員希望在源代碼中看到程序的邏輯，反射等繞過了源代碼的技術(shù)會(huì)帶來維護(hù)問題。反射代碼比相應(yīng)的直接代碼更復(fù)雜，正如性能比較的代碼實(shí)例中看到的一樣。解決這些問題的最佳方案是保守地使用反射-- 僅在它可以真正增加靈活性的地方 -- 記錄其在目標(biāo)類中的使用。

在下一部分，我將提供如何使用反射的更詳細(xì)實(shí)例。這種實(shí)例提供一個(gè)處理Java應(yīng)用命令行參數(shù)的API，一種您可能發(fā)現(xiàn)適用于自己應(yīng)用的工具。它還基于反射的優(yōu)勢(shì)來創(chuàng)建，同時(shí)避免其弱點(diǎn)。反射是否能簡化您的命令行處理？您可以在?Java編程的動(dòng)態(tài)性第3部分找到答案。

原文：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dyn0603/

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/davidwang456/p/4035507.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java编程 的动态性，第 2部分: 引入反射--转载的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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