[Java 高度なプログラミング] Java リフレクション メカニズム

1. 反省の概要

1.1. この章の主な内容

• Java リフレクション メカニズムの概要
• Classクラスを理解してClassインスタンスを取得する
• クラスのロードと ClassLoader の理解
• ランタイムクラスのオブジェクトを作成する
• ランタイムクラスの補完構造を取得します。
• ランタイムクラスの指定された構造体を呼び出します。
• リフレクションの適用: 動的プロキシ

1.2. リフレクションの理解

• リフレクション（リフレクション）は動的言語の要とされており、リフレクション機構により、プログラムは実行時にReflection APIを利用して任意のクラスの内部情報を取得し、任意のオブジェクトのコンテンツプロパティやメソッドを直接操作できるようになります。

フレームワーク = リフレクション + アノテーション + デザインパターン

1.3. 反射メカニズムの「動的な性質」を体験する

/**
 * 体会反射的动态性
 */
@Test
public void test2 () {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        int num = new Random().nextInt(3);
        String classPath = "";
        switch (num) {
            case 0:
                classPath = "java.util.Date";
                break;
            case 1:
                classPath = "java.lang.Object";
                break;
            case 2:
                classPath = "com.atguigu.java.Person";
                break;
        }

        try {
            Object obj = getInstance(classPath);
            System.out.println(obj);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
/**
 * 创建一个指定类的对象
 * @param classPath 指定类的全类名
*/
public Object getInstance(String classPath) throws Exception {
Class clazz = Class.forName(classPath);
return  clazz.newInstance();
}

1.4、リフレクション機構が提供できる機能

• 実行時にオブジェクトのクラスを決定する
• 実行時に任意のクラスのオブジェクトを構築する
• 実行時に任意のクラスのメンバー変数とメソッドを決定する
• 実行時に一般的な情報を取得する
• 実行時に任意のオブジェクトのメンバー変数とメソッドを呼び出す
• 実行時のアノテーションの処理
• 動的プロキシの生成

1.5. 関連する API

• java.lang.Class: リフレクションのソース
• java.lang.reflect.メソッド
• java.lang.reflect.フィールド
• java.lang.reflect.Constructor

2. Classクラスの理解とClassのインスタンスの取得

2.1、クラスクラスの理解

• クラスロードプロセス
  • プログラムが javac.exe コマンドを渡すと、1 つ以上のバイトコード ファイル (.class の終わり) が生成されます。次に、java.exe コマンドを使用してバイトコード ファイルを解釈し、実行します。これは、バイトコード ファイルをメモリにロードすることと同じです。このプロセスはクラスロードと呼ばれます。メモリにロードされたクラスはランタイム クラスと呼ばれ、このランタイム クラスは Class のインスタンスです。
• つまり、Class のインスタンスはランタイム クラスに対応します。
• メモリにロードされたランタイム クラスは、一定期間キャッシュされます。この間、さまざまな方法でこのランタイム クラスを取得できます。

2.2. クラスインスタンスを取得するいくつかの方法

@Test
public void test3() throws ClassNotFoundException {
    // 方式一：调用运行时类的属性：.class
    Class clazz1 = Person.class;
    System.out.println(clazz1);
    // 方式二：通过运行时类的对象，调用getClass()
    Person p1 = new Person();
    Class clazz2 = p1.getClass();
    System.out.println(clazz2);
    // 方式三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)
    Class clazz3 = Class.forName("com.atguigu.java.Person");
    System.out.println(clazz3);
    // 方式四：使用类的加载器：ClassLoader(了解)
    ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
    Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.atguigu.java.Person");
    System.out.println(clazz4);

    System.out.println(clazz1 == clazz2);// true
    System.out.println(clazz1 == clazz3);// true
    System.out.println(clazz1 == clazz4);// true
}

2.3. 概要: クラスのオブジェクトを作成する方法

• 方法 1: 新しい + コンストラクター
• 方法 2: Xxx クラスのオブジェクトを作成するには、次のことを検討します。 Xxx、Xxxs、XxxFactory、および XxxBuilder クラスに静的メソッドがあるかどうかを確認します。静的メソッドを呼び出して Xxx オブジェクトを作成できます。
• 方法 3: リフレクションを通じて

2.4. クラスインスタンスがどのような構造になるかの説明

• クラス: 外部クラス、メンバー (メンバー内部クラス、静的内部クラス)、ローカル内部クラス、匿名内部クラス
• インターフェース: インターフェース
• []： 配列
• enum: 列挙型
• annotation：注解@interface
• プリミティブ型: 基本データ型
• 空所

3. クラスローダーを理解する

3.1、クラスロードプロセス（理解）

• プログラムが特定のクラスをアクティブに使用する場合、そのクラスがメモリにロードされていない場合、システムは次の 3 つの手順でクラスを初期化します。
  • クラスのロード: クラスのクラス ファイルをメモリに読み取り、そのクラスの java.lang.Class オブジェクトを作成します。この処理はクラスローダーによって行われます
  • クラスのリンク: クラスのバイナリデータを JRE にマージします
  • クラスの初期化: JVM はクラスの初期化を担当します。

3.2、クラスローダーの役割

• クラスロードの役割: クラスファイルのバイトコードコンテンツをメモリにロードし、これらの静的データをメソッド領域のランタイムデータ構造に変換し、このクラスを表す java.lang.Class オブジェクトをヒープ内に生成します。メソッド領域のクラスデータへのアクセスエントリ。
• クラスのキャッシュ: 標準の JavaSE クラス ローダーはオンデマンドでクラスを検索できますが、クラスがクラス ローダーにロードされると、一定期間ロード (キャッシュ) されたままになります。ただし、JVM ガベージ コレクション メカニズムは、これらの Class オブジェクトをリサイクルできます。

3.3. クラスローダーの分類

• ブート クラス ローダー: C++ で書かれた、JVM に付属するクラス ローダーで、Java プラットフォームのコア ライブラリを担当し、コア クラス ライブラリをロードするために使用されます。ローダーは直接取得できません
• 拡張クラスローダー: jre/lib/ext ディレクトリ内の jar パッケージ、または -D java.ext.dirs で指定されたディレクトリ内の jar パッケージを作業ライブラリに組み込みます。
• システム クラス ローダー: java -classpath または -D java.class.path が指すディレクトリにクラスと jar パッケージをロードする役割を果たし、最も一般的に使用されるローダーです。

3.4. Javaクラスのコンパイルと操作の実行プロセス

3.5. クラスローダーを使用して src ディレクトリに設定ファイルをロードする

@Test
public void test2() throws Exception {
    Properties pros = new Properties();
    // 读取配置文件的方式一：
    // FileInputStream fis = new FileInputStream("src\\jdbc1.properties");
    // pros.load(fis);
    // 读取配置文件的方式二：
    ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
    InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");
    pros.load(is);

    String user = pros.getProperty("user");
    String password = pros.getProperty("password");
    System.out.println("user = " + user + ",password = " + password);
}

4. リフレクション応用1：ランタイムクラスのオブジェクトの作成

• newInstance(): このメソッドを呼び出して、対応するランタイム クラスのオブジェクトを作成します。空のパラメーターを使用してランタイム クラスのコンストラクターを内部的に呼び出します。
• このメソッドがランタイム クラスのオブジェクトを正常に作成するには、次の要件が必要です。
  • 1. ランタイム クラスは、空のパラメーターを含むコンストラクターを提供する必要があります。
  • 2. 空のパラメータを持つコンストラクタには十分なアクセス権があります。通常は公開に設定します
• JavaBean ではパブリックの空のパラメータ コンストラクタが必要です。理由：
  • 1. リフレクションを通じてランタイムクラスのオブジェクトを作成すると便利
  • 2. サブクラスがこのランタイム クラスを継承する場合、デフォルトで super() を呼び出すときは、親クラスにこのコンストラクターがあることを確認してください。

@Test
public void test1() throws InstantiationException, IllegalAccessException {
    Class<Person> clazz = Person.class;

    Person person = clazz.newInstance();
    System.out.println(person);
}

5. リフレクション アプリケーション 2: ランタイム クラスの完全な構造を取得する

5.1. 属性の取得

@Test
public void test1() {
    Class clazz = Person.class;
    // 获取属性结构
    // getFields()：获取当前运行时类及其父类中声明为public访问权限的属性
    Field[] fields = clazz.getFields();
    for (Field f : fields) {
        System.out.println(f);
    }
    System.out.println();
    // getDeclaredFields()：获取当前运行时类中声明的所有属性。（不包含父类中声明的属性）
    Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
    for (Field f : declaredFields) {
        System.out.println(f);
    }
}

5.2. 入手方法

@Test
public void test1 () {
    Class clazz = Person.class;
    // getMethods()：获取当前运行时类及其所有父类中声明为public权限的方法
    Method[] methods = clazz.getMethods();
    for (Method m : methods) {
        System.out.println(m);
    }
    System.out.println();
    // getDeclaredMethods()：获取当前运行时类中声明的所有方法。（不包含父类中声明的方法）
    Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
    for (Method m : declaredMethods) {
        System.out.println(m);
    }
}

5.3. 他の構造体の取得

/**
 * 获取构造器结构
 */
@Test
public void test1 () {
    Class clazz = Person.class;
    // getConstructors()：获取当前运行时类中声明为public的构造器
    Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
    for (Constructor c : constructors) {
        System.out.println(c);
    }
    System.out.println();
    // getDeclaredConstructors()：获取当前运行时类中声明的所有构造器
    Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
    for (Constructor c : declaredConstructors) {
        System.out.println(c);
    }
}
/**
 * 获取运行时类的父类
 */
@Test
public void test2 () {
    Class clazz = Person.class;
    Class superclass = clazz.getSuperclass();
    System.out.println(superclass);
}
/**
 * 获取运行时类的带泛型的父类
 */
@Test
public void test3 () {
    Class clazz = Person.class;
    Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
    System.out.println(genericSuperclass);
}
/**
 * 获取运行时类的带泛型的父类的泛型
 */
@Test
public void test4 () {
    Class clazz = Person.class;
    Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
    ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
    // 获取泛型类型
    Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();
    for (Type type : actualTypeArguments) {
        System.out.println(type.getTypeName());
    }
}
/**
 * 获取运行时类实现的接口
 */
@Test
public void test5 () {
    Class clazz = Person.class;
    Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
    for (Class c : interfaces) {
        System.out.println(c);
    }
    System.out.println();
    //获取运行时类的父类实现的接口
    Class[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
    for (Class c : interfaces1) {
        System.out.println(c);
    }
}
/**
 * 获取运行时类所在的包
 */
@Test
public void test6 () {
    Class clazz = Person.class;
    Package pack = clazz.getPackage();
    System.out.println(pack);
}
/**
 * 获取运行时类声明的注解
 */
public void test7 () {
    Class clazz = Person.class;
    Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
    for (Annotation annos : annotations) {
        System.out.println(annos);
    }
}

6. リフレクション アプリケーション 3: ランタイム クラスの指定された構造体を呼び出す

6.1. 指定された属性を呼び出す

@Test
    public void testField1 () throws Exception {
        Class clazz = Person.class;
        // 创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();
        // 1、getDeclaredField(String fieldName)：获取运行时类中指定变量名的属性
        Field name = clazz.getDeclaredField("name");
        // 2、保证当前属性时可访问的
        name.setAccessible(true);
        // 3、获取、设置指定对象的此属性值
        name.set(p, "Tom");
        System.out.println(name.get(p));
    }

6.2. 指定されたメソッドの呼び出し

@Test
public void testMethod () throws Exception {
    Class clazz = Person.class;
    // 创建运行时类的对象
    Person p = (Person) clazz.newInstance();
    // 1、获取指定的某个方法
    // getDeclaredMethod()：参数1指明获取的方法的名称 参数2指明获取的方法的形参类型
    Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);
    // 2、保证当前方法是可访问的
    show.setAccessible(true);
    // 3、调用方法的invoke()：参数1方法的调用者 参数2给方法形参赋值的实参
    // invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值
    Object returnValue = show.invoke(p, "CHN");
    System.out.println(returnValue);
    // 如何调用静态方法
    Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
    showDesc.setAccessible(true);
    // 如果调用的运行时类中的方法没有返回值，则此invoke()返回null
    // Object returnVal = showDesc.invoke(null);
    Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
    System.out.println(returnVal);
}

6.3. 指定されたコンストラクターを呼び出す

@Test
public void testConstructor() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;
    // 1、获取指定的构造器
    // getDeclaredConstructor()：参数指明构造器的参数列表
    Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
    // 2、保证此构造器是可访问的
    constructor.setAccessible(true);
    // 3、调用此构造器创建运行时类的对象
    Person per = (Person) constructor.newInstance("Tom");
    System.out.println(per);
}

7. リフレクション アプリケーション 4: 動的プロキシ

7.1. プロキシモードの原理

• オブジェクトをプロキシでラップし、元のオブジェクトをプロキシ オブジェクトに置き換えます。元のオブジェクトへの呼び出しはすべてプロキシを経由します。プロキシ オブジェクトは、メソッド呼び出しを元のオブジェクトに転送するかどうか、またいつ転送するかを決定します。

7.2. 静的プロキシ

// 被代理类
Class MyThread implements Runnable () {}
// 代理类
Class Thread implements Runnable() {}
// 代理操作
main () {
    MyThread t = new MyThread();
    Thread thread = new Thread(t);
    thread.start();// 启动线程；调用线程的run()
}

• 静的プロキシの欠点
  • プロキシ クラスとターゲット オブジェクトのクラスはコンパイル中に決定されるため、プログラムの拡張にはつながりません。
  • 各プロキシ クラスは 1 つのインターフェイスのみを提供できるため、プログラム開発では必然的に過剰なプロキシが生成されます。

7.3. ダイナミックプロキシの特徴

• 動的プロキシとは、クライアントがプロキシクラスを通じて他のオブジェクトを呼び出し、プログラム実行時に必要に応じて対象クラスのプロキシオブジェクトを動的に作成する方法です。

7.4. 動的プロキシの実現

• 対処する必要がある主な問題が 2 つあります。
  • 質問 1: Proxy.newProxyInstance() を使用して、メモリにロードされたプロキシ クラスに基づいてプロキシ クラスとそのオブジェクトを動的に作成する方法
  • 質問 2: プロキシ クラスのオブジェクトを通じてメソッド a を呼び出す場合、プロキシ クラス内の同じ名前のメソッド a を動的に呼び出すにはどうすればよいですか --> InvocationHandler インターフェイスの実装クラスとそのメソッド invoke() を通じて

/**
 * 动态代理体会：反射的动态性
 */
interface Human {
    String getBelief();
    void eat(String food);
}
// 被代理类
class SuperMan implements Human {
    @Override
    public String getBelief() {
        return "I believe I can fly!";
    }
    @Override
    public void eat(String food) {
        System.out.println("我喜欢吃" + food);
    }
}
class HumanUtil {
    public void method1 () {
        System.out.println("=======通用方法一=======");
    }
    public void method2 () {
        System.out.println("=======通用方法二=======");
    }
}
class ProxyFactory {
    // 调用此方法，返回一个代理类的对象。解决问题一
    public static Object getProxyInstance(Object obj) {// obj：被代理类的对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();
        handler.bind(obj);
        return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(), obj.getClass().getInterfaces(), handler);
    }
}
class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Object obj;// 需要使用被代理类的对象进行赋值
    public void bind(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }
    // 当我们通过代理类的对象，调用方法a时，就会自动的调用如下的方法：invoke()
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        HumanUtil util = new HumanUtil();
        util.method1();
        // method：即为代理类对象调用的方法，此方法也就作为了被代理类对象要调用的方法
        // obj：被代理类的对象
        Object returnValue = method.invoke(obj, args);
        util.method2();
        // 上述方法的返回值就作为当前类中的invoke()返回值
        return returnValue;
    }
}
public class ProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        SuperMan superMan = new SuperMan();
        // proxyInstance：代理类的对象
        Human proxyInstance = (Human) ProxyFactory.getProxyInstance(superMan);
        // 当通过代理类对象调用方法时，会自动的调用被代理类中同名的方法
        String belief = proxyInstance.getBelief();
        System.out.println(belief);
        proxyInstance.eat("四川麻辣烫");
    }
}