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框架设计的魂—反射机制

06-19 18:38 220浏览
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反射这一概念最早由编程开发人员Smith在1982年提出,主要指应用程序访问、检测、修改自身状态与行为的能力。这一概念的提出立刻吸引了编程界的极大关注,各种研究工作随之展开,随之而来引发编程革新,出现了多种支持反射机制的面向对象语言。很多优秀的开源框架都是通过反射完成的,比如最初的很多注解框架,这也是其被称之为框架设计的灵魂的原因。Java反射(reflection)机制是指在程序的运行状态中,可以构造任意一个类的对象,可以了解任意一个对象所属的类,可以了解任意一个类的成员变量和方法,可以调用任意一个对象的属性和方法。这种动态获取程序信息以及动态调用对象的功能称为Java语言的反射机制。反射被视为动态语言的关键。在Java编程语言中,反射是一种强有力的工具,是面向抽象编程一种实现方式,它能使代码语句更加灵活,极大提高代码的运行时装配能力。Java反射机制的存在主要是为了提供了以下功能: 在运行时判断任意一个对象所属的类;在运行时构造任意一个类的对象;在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法;在运行时调用任意一个对象的方法;生成动态代理。

  有时候我们说某个语言具有很强的动态性,有时候我们会区分动态和静态的不同技术与作法。我们朗朗上口动态绑定(dynamic binding)、动态链接(dynamic linking)、动态加载(dynamic loading)等。然而“动态”一词其实没有绝对而普遍适用的严格定义,有时候甚至像面向对象当初被导入编程领域一样,就像一千个人心中有一千个哈姆雷特一样。一般而言,开发者社群说到动态语言,大致认同的一个定义是:“程序运行时,允许改变程序结构或变量类型,这种语言称为动态语言”。从这个观点来看,Perl,Python,Ruby是动态语言,C++,Java,C#不是动态语言。

  尽管在这样的定义与分类下Java不是动态语言,它却有着一个非常突出的动态相关机制:Reflection。这个字的意思是“反射、映象、倒影”,用在Java身上指的是我们可以于运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。换句话说,Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class,获悉其完整构造(但不包括methods定义),并生成其对象实体、或对其fields设值、或唤起其methods。这种“看透class”的能力(the ability of the program to examine itself)被称为introspection(内省、内观、反省)。Reflection和introspection是常被并提的两个术语。

  下面举个简单的例子,通过反射越过泛型检查:

泛型用在编译期,编译过后泛型擦除(消失掉)。所以是可以通过反射越过泛型检查的

测试类:

 

控制台输出:

aaa

bbb

100

当我们编写完一个Java项目之后,每个java文件都会被编译成一个.class文件,这些Class对象承载了这个类的所有信息,包括父类、接口、构造函数、方法、属性等,这些class文件在程序运行时会被ClassLoader加载到虚拟机中。当一个类被加载以后,Java虚拟机就会在内存中自动产生一个Class对象。我们通过new的形式创建对象实际上就是通过这些Class来创建,只是这个过程对于我们是不透明的而已。反射的工作原理就是借助Class.java、Constructor.java、Method.java、Field.java这四个类在程序运行时动态访问和修改任何类的行为和状态。反射机制所需的类主要有java.lang包中的Class类和java.lang.reflect包中的Constructor类、Field类、Method类和Parameter类。Class类是一个比较特殊的类,它是反射机制的基础,Class类的对象表示正在运行的Java程序中的类或接口,也就是任何一个类被加载时,即将类的.class文件(字节码文件)读入内存的同时,都自动为之创建一个java.lang.Class对象。Class类没有公共构造方法,其对象是JVM在加载类时通过调用类加载器中的defineClass()方法创建的,因此不能显式地创建一个Class对象。通过这个Class对象,才可以获得该对象的其他信息。

我们不得不承认java中的反射机制是一把双刃剑,在极大提高代码的运行时装配能力和代码灵活度的同时,也带来了性能上的弱势。因为Java反射机制中包含了一些动态类型,所以Java虚拟机不能够对这些动态代码进行优化。在安全性方面,使用反射通常需要程序的运行没有安全方面的限制,如果一个程序对安全性有一定的要求,反射是无法达到要求的。反射允许代码执行一些通常不被允许的操作,所以使用反射有可能会导致意想不到的后果。反射代码破坏了Java程序结构的抽象性,所以当程序运行的平台发生变化的时候,由于抽象的逻辑结构不能被识别,代码产生的效果与之前会产生差异。但反射的基础语法依旧支持我们有能力自己写出优秀的框架,同时反射技术也是学习Android插件化技术、Hook技术等必不可少的!

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