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Java 反射:框架设计的灵魂

Java 反射:框架设计的灵魂

在学习 Java 反射之前,先让我们看看这几个概念。

1. 解释型语言和编译型语言

解释型语言: 不需要编译,在运行的时候逐行翻译解释;修改代码时可以直接修改,可以快速部署,不过性能上会比编译型语言稍差;比如 JavaScript、Python ;

编译型语言: 需要通过编译器将源代码编译成机器码才能执行;编译之后如果需要修改代码,在执行之前就需要重新编译。比如 C 语言;

Java 严格来说也是编译型语言,但又介于编译型和解释型之间;Java 不直接生成机器码而是生成中间码:编译期间,是将源码交给编译器生成 class 文件(字节码),这个过程中只做了翻译的工作,并没有把代码放入内存运行;当进入运行期,字节码才被 Java 虚拟机加载、解释成机器语言并运行。

编译型语言
编译型语言

2. 动态语言和静态语言

动态语言: 是指程序在运行时可以改变自身结构,在运行时确定数据类型,一个对象是否能执行某操作,只取决于它有没有对应的方法,而不在乎它是否是某种类型的对象;比如 JavaScript、Python。

静态语言: 相对于动态语言来说,在编译时变量的数据类型就已经确定(使用变量之前必须声明数据类型),在编译时就会进行类型是否匹配;比如 C 语言、Java ;

3. 反射的概念

Java 反射机制: 在运行过程中,对于任意一个类,都能知道其所有的属性和方法;对于任意一个对象,都能调用其属性和方法;这种动态获取类信息和调用对象方法的功能,就是 Java 反射机制。

既然反射里面有一个“反”字,那么我们先看看何为“正”。

在 Java 中,要使用一个类中的某个方法,“正向”都是这样的:

ArrayList list = new ArrayList(); //实例化
list.add("reflection");  //执行方法
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那么反向(反射)要如何实现?

Class clz = Class.forName("java.util.ArrayList");
Method method_add = clz.getMethod("add",Object.class);
Constructor constructor = clz.getConstructor();
Object object = constructor.newInstance();
method_add.invoke(object"reflection");

Method method_get = clz.getMethod("get",int.class);
System.out.println(method_get.invoke(object0));
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两段代码执行的结果是一样的,但是“正向”代码在编译前,就已经明确了要运行的类是什么(ArrayList),而第二段代码,只有在代码运行时,才知道运行的类是 java.util.ArrayList。

4. 反射的作用

讲到这里,有些同学可能会有疑问:“反射有什么用?我明明都已经知道了要使用的类是 ArrayList ,我不能直接 new 一个对象然后执行里面的方法么?”

当然可以!不过很多场景中,在代码运行之前并不知道需要使用哪个类,或者说在运行的时候才决定使用哪个类;

比如有这么一个功能:“调用阿里云的人脸识别 API ”;这还不简单,参考对方的 API 文档,很快就能实现。

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faceRecognition(Object faceImg){
  //调用阿里云的人脸识别 API
}
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上线一个月后,领导说:“咱公司开始和腾讯云合作了,人脸识别的接口改一下吧”。

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faceRecognition(Object faceImg){
  //调用腾讯云的人脸识别 API
}
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修改上线运行了两个月,领导说:“换回来吧”… …

当然有聪明的程序员会想到设置一个开关配置,让开关决定走哪段代码逻辑,如果领导哪天想变成亚马逊云的服务,继续写 if-else 就好了:

faceRecognition(Object faceImg){
  if("AL".equals(configStr)){
    //调用阿里云的人脸识别 API
  }else if("TX".equals(configStr)){
    //调用腾讯云的人脸识别 API
  }else if("AM".equals(configStr)){
    //调用亚马逊云的人脸识别 API
  }
}
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不过还有一种更好的方法:

1. 定义一个接口:

interface FaceRecognitionInterface(){
  faceRecognition(Object faceImg) ;
}
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2. 多个实现类:

class ALFaceRecognition implements FaceRecognitionInterface{
  //调用阿里云的人脸识别 API 的实现
}

class TXFaceRecognition implements FaceRecognitionInterface{
  //调用腾讯云的人脸识别 API 的实现
}
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3. 在调用人脸识别功能的代码中:

String configStr = "读取配置,走阿里云还是腾讯云";
FaceRecognitionInterface faceRe =  Class.forName(configStr).newInstance();
faceRe.faceRecognition(faceImg);
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如果上面这个例子,你依然觉得在调用方法中做 if-else 判断,和使用反射实现并没有差太多,但是如果程序员 A 提供接口,程序员 B 提供实现,程序员 C 写客户端呢?

回忆一下 JDBC 的使用,比如创建一个连接:

public Connection getConnection() throws Exception{
  Connection conn = null;
  //初始化驱动类
  Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
  conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://url","root""admin");
  return conn;
}
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其中:

  • 程序员 A 提供接口:Oracle 公司(之前的 Sun)提供 JDBC 标准(接口);在定义接口的时候,不知道会有多少种数据库的实现;
  • 程序员 B 提供实现:各个数据库厂商提供针对自家数据库的实现。
  • 程序员 C 写客户端:我等码农在 Java 中敲代码访问数据库。

总结一下Java 反射的作用: 可以设计出更为通用和灵活的架构,很多框架为了保证其通用性,可以根据配置加载不用的类,这时候要用到反射。除此之外:

  • 动态代理:在不改变目标对象方法的情况下对方法进行增强,比如使用 AOP 拦截某些方法打印日志,这就需要通过反射执行方法中的内容。
  • 注解:利用反射机制,获取注解并执行对应的行为。

5. 用反射的用法

上文中我们知道了 Java 运行期的源文件是 class 文件(字节码),所以要使用反射,那么就需要获取到字节码文件对象,在 Java 中,获取字节码文件对象有三种方式:

  • 调用某个类的 class 属性:类名.class
  • 调用对象的 getClass() 方法:对象.getClass()
  • 使用 Class 类中的 forName() 静态方法:Class.forName(类的全路径) ,建议使用这种方法

java.lang.reflect 类库提供了对反射的支持:

  • Field :可以使用 get 和 set 方法读取和修改对象的属性;
  • Method :可以使用 invoke() 方法调用对象中的方法;
  • Constructor :可以用 newInstance() 创建新的对象。

6. 反射的优缺点

优点: 在运行时动态获取类和对象中的内容,极大地提高系统的灵活性和扩展性;夸张一些说,反射是框架设计的灵魂。

缺点: 会有一定的性能损耗,JVM 无法对这些代码进行优化;破坏类的封装性。

总之,可能大家在平时的开发过程中,感觉自己并没有写过反射相关的代码,但是在我们用到的各种开源框架中,反射无处不在。

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