深刻理解Java反射+动态代理

时间 2019-11-13

标签深刻理解 java 反射动态代理栏目 Java 繁體版

原文原文链接

答：反射机制的定义： html

是在运行状态中，对于任意的一个类，都可以知道这个类的全部属性和方法，对任意一个对象都可以经过反射机制调用一个类的任意方法，这种动态获取类信息及动态调用类对象方法的功能称为java的反射机制。java

反射的做用：数组

一、动态地建立类的实例，将类绑定到现有的对象中，或从现有的对象中获取类型。网络

二、应用程序须要在运行时从某个特定的程序集中载入一个特定的类jvm

详见：java反射机制原理ide

反射通常使用 Class.forName()方法;函数

动态代理就是实现InvocationHandler 接口；工具

要想理解反射的原理，首先要了解什么是类型信息。Java让咱们在运行时识别对象和类的信息，主要有2种方式：一种是传统的RTTI，它假定咱们在编译时已经知道了全部的类型信息；另外一种是反射机制，它容许咱们在运行时发现和使用类的信息。post

一、Class对象

　　理解RTTI在Java中的工做原理，首先须要知道类型信息在运行时是如何表示的，这是由Class对象来完成的，它包含了与类有关的信息。Class对象就是用来建立全部“常规”对象的，Java使用Class对象来执行RTTI，即便你正在执行的是相似类型转换这样的操做。学习

　　每一个类都会产生一个对应的Class对象，也就是保存在.class文件。全部类都是在对其第一次使用时，动态加载到JVM的，当程序建立一个对类的静态成员的引用时，就会加载这个类。Class对象仅在须要的时候才会加载，static初始化是在类加载时进行的。

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(XYZ.name);
    }
}

class XYZ {
    public static String name = "luoxn28";

    static {
        System.out.println("xyz静态块");
    }

    public XYZ() {
        System.out.println("xyz构造了");
    }
}

输出结果为：

　　类加载器首先会检查这个类的Class对象是否已被加载过，若是还没有加载，默认的类加载器就会根据类名查找对应的.class文件。

　　想在运行时使用类型信息，必须获取对象(好比类Base对象)的Class对象的引用，使用功能Class.forName(“Base”)能够实现该目的，或者使用base.class。注意，有一点颇有趣，使用功能”.class”来建立Class对象的引用时，不会自动初始化该Class对象，使用forName()会自动初始化该Class对象。为了使用类而作的准备工做通常有如下3个步骤：

加载：由类加载器完成，找到对应的字节码，建立一个Class对象
连接：验证类中的字节码，为静态域分配空间
初始化：若是该类有超类，则对其初始化，执行静态初始化器和静态初始化块

public class Base {
    static int num = 1;
    
    static {
        System.out.println("Base " + num);
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 不会初始化静态块
        Class clazz1 = Base.class;
        System.out.println("------");
        // 会初始化
        Class clazz2 = Class.forName("zzz.Base");
    }
}

二、类型转换前先作检查

　　编译器将检查类型向下转型是否合法，若是不合法将抛出异常。向下转换类型前，可使用instanceof判断。

class Base { }
class Derived extends Base { }

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Base base = new Derived();
        if (base instanceof Derived) {
            // 这里能够向下转换了
            System.out.println("ok");
        }
        else {
            System.out.println("not ok");
        }
    }
}

三、反射：运行时类信息

　　若是不知道某个对象的确切类型，RTTI能够告诉你，可是有一个前提：这个类型在编译时必须已知，这样才能使用RTTI来识别它。Class类与java.lang.reflect类库一块儿对反射进行了支持，该类库包含Field、Method和Constructor类，这些类的对象由JVM在启动时建立，用以表示未知类里对应的成员。这样的话就可使用Contructor建立新的对象，用get()和set()方法获取和修改类中与Field对象关联的字段，用invoke()方法调用与Method对象关联的方法。另外，还能够调用getFields()、getMethods()和getConstructors()等许多便利的方法，以返回表示字段、方法、以及构造器对象的数组，这样，对象信息能够在运行时被彻底肯定下来，而在编译时不须要知道关于类的任何事情。

　　反射机制并无什么神奇之处，当经过反射与一个未知类型的对象打交道时，JVM只是简单地检查这个对象，看它属于哪一个特定的类。所以，那个类的.class对于JVM来讲必须是可获取的，要么在本地机器上，要么从网络获取。因此对于RTTI和反射之间的真正区别只在于：

RTTI，编译器在编译时打开和检查.class文件
反射，运行时打开和检查.class文件

public class Person implements Serializable {

    private String name;
    private int age;
// get/set方法
}
public static void main(String[] args) {
    Person person = new Person("luoxn28", 23);
    Class clazz = person.getClass();

    Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
    for (Field field : fields) {
        String key = field.getName();
        PropertyDescriptor descriptor = new PropertyDescriptor(key, clazz);
        Method method = descriptor.getReadMethod();
        Object value = method.invoke(person);

        System.out.println(key + ":" + value);

    }
}

　　以上经过getReadMethod()方法调用类的get函数，能够经过getWriteMethod()方法来调用类的set方法。一般来讲，咱们不须要使用反射工具，可是它们在建立动态代码会更有用，反射在Java中用来支持其余特性的，例如对象的序列化和JavaBean等。

四、动态代理

　　代理模式是为了提供额外或不一样的操做，而插入的用来替代”实际”对象的对象，这些操做涉及到与”实际”对象的通讯，所以代理一般充当中间人角色。Java的动态代理比代理的思想更前进了一步，它能够动态地建立并代理并动态地处理对所代理方法的调用。在动态代理上所作的全部调用都会被重定向到单一的调用处理器上，它的工做是揭示调用的类型并肯定相应的策略。

学习Spring的时候，咱们知道Spring主要有两大思想，一个是IoC，另外一个就是AOP，对于IoC，它利用的是反射机制，依赖注入就不用多说了，而对于Spring的核心AOP来讲，使用了动态代理，其实底层也是反射。咱们不但要知道怎么经过AOP来知足的咱们的功能，咱们更须要学习的是其底层是怎么样的一个原理，而AOP的原理就是java的动态代理机制，因此本篇随笔就是对java的动态机制进行一个回顾。

在java的动态代理机制中，有两个重要的类或接口，一个是 InvocationHandler(Interface)、另外一个则是 Proxy(Class)，这一个类和接口是实现咱们动态代理所必须用到的。首先咱们先来看看java的API帮助文档是怎么样对这两个类进行描述的：

InvocationHandler:

InvocationHandler is the interface implemented by the invocation handler of a proxy instance. 

Each proxy instance has an associated invocation handler. When a method is invoked on a proxy instance, the method invocation is encoded and dispatched to the invoke method of its invocation handler.

每个动态代理类都必需要实现InvocationHandler这个接口，而且每一个代理类的实例都关联到了一个handler，当咱们经过代理对象调用一个方法的时候，这个方法的调用就会被转发为由InvocationHandler这个接口的 invoke 方法来进行调用。咱们来看看InvocationHandler这个接口的惟一一个方法 invoke 方法：

Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable

咱们看到这个方法一共接受三个参数，那么这三个参数分别表明什么呢？

Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable

proxy:　　指代咱们所代理的那个真实对象
method:　　指代的是咱们所要调用真实对象的某个方法的Method对象
args:　　指代的是调用真实对象某个方法时接受的参数

若是不是很明白，等下经过一个实例会对这几个参数进行更深的讲解。

接下来咱们来看看Proxy这个类：

Proxy provides static methods for creating dynamic proxy classes and instances, and it is also the superclass of all dynamic proxy classes created by those methods.

Proxy这个类的做用就是用来动态建立一个代理对象的类，它提供了许多的方法，可是咱们用的最多的就是 newProxyInstance 这个方法：

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces,  InvocationHandler h)  throws IllegalArgumentException

Returns an instance of a proxy class for the specified interfaces that dispatches method invocations to the specified invocation handler.

这个方法的做用就是获得一个动态的代理对象，其接收三个参数，咱们来看看这三个参数所表明的含义：

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h) throws IllegalArgumentException

loader:　　一个ClassLoader对象，定义了由哪一个ClassLoader对象来对生成的代理对象进行加载

interfaces:　　一个Interface对象的数组，表示的是我将要给我须要代理的对象提供一组什么接口，若是我提供了一组接口给它，那么这个代理对象就宣称实现了该接口(多态)，这样我就能调用这组接口中的方法了

h:　　一个InvocationHandler对象，表示的是当我这个动态代理对象在调用方法的时候，会关联到哪个InvocationHandler对象上

好了，在介绍完这两个接口(类)之后，咱们来经过一个实例来看看咱们的动态代理模式是什么样的：

首先咱们定义了一个Subject类型的接口，为其声明了两个方法：

public interface Subject
{
    public void rent();
    
    public void hello(String str);
}

接着，定义了一个类来实现这个接口，这个类就是咱们的真实对象，RealSubject类：

public class RealSubject implements Subject
{
    @Override
    public void rent()
    {
        System.out.println("I want to rent my house");
    }
    
    @Override
    public void hello(String str)
    {
        System.out.println("hello: " + str);
    }
}

下一步，咱们就要定义一个动态代理类了，前面说个，每个动态代理类都必需要实现 InvocationHandler 这个接口，所以咱们这个动态代理类也不例外：

public class DynamicProxy implements InvocationHandler
{
    //　这个就是咱们要代理的真实对象
    private Object subject;
    
    //    构造方法，给咱们要代理的真实对象赋初值
    public DynamicProxy(Object subject)
    {
        this.subject = subject;
    }
    
    @Override
    public Object invoke(Object object, Method method, Object[] args)
            throws Throwable
    {
        //　　在代理真实对象前咱们能够添加一些本身的操做
        System.out.println("before invoke");
        
        System.out.println("Method:" + method);
        
        //    当代理对象调用真实对象的方法时，其会自动的跳转到代理对象关联的handler对象的invoke方法来进行调用
        method.invoke(subject, args);
        
        //　　在代理真实对象后咱们也能够添加一些本身的操做
        System.out.println("after invoke");
        
        return null;
    }

}

最后，来看看咱们的Client类：

public class Client
{
    public static void main(String[] args)
    {
        //    咱们要代理的真实对象
        Subject realSubject = new RealSubject();

        //    咱们要代理哪一个真实对象，就将该对象传进去，最后是经过该真实对象来调用其方法的
        InvocationHandler handler = new DynamicProxy(realSubject);

        /*
         * 经过Proxy的newProxyInstance方法来建立咱们的代理对象，咱们来看看其三个参数
         * 第一个参数 handler.getClass().getClassLoader() ，咱们这里使用handler这个类的ClassLoader对象来加载咱们的代理对象
         * 第二个参数realSubject.getClass().getInterfaces()，咱们这里为代理对象提供的接口是真实对象所实行的接口，表示我要代理的是该真实对象，这样我就能调用这组接口中的方法了
         * 第三个参数handler， 咱们这里将这个代理对象关联到了上方的 InvocationHandler 这个对象上
         */
        Subject subject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(handler.getClass().getClassLoader(), realSubject
                .getClass().getInterfaces(), handler);
        
        System.out.println(subject.getClass().getName());
        subject.rent();
        subject.hello("world");
    }
}

咱们先来看看控制台的输出：

$Proxy0

before invoke
Method:public abstract void com.xiaoluo.dynamicproxy.Subject.rent()
I want to rent my house
after invoke

before invoke
Method:public abstract void com.xiaoluo.dynamicproxy.Subject.hello(java.lang.String)
hello: world
after invoke

当调试的时候，若是把鼠标放在subject 上面，会自动的执行toString()方法，也就是

before invoke
Method:public abstract void com.xiaoluo.dynamicproxy.Subject.toString()
 
after invoke

咱们首先来看看 $Proxy0 这东西，咱们看到，这个东西是由 System.out.println(subject.getClass().getName()); 这条语句打印出来的，那么为何咱们返回的这个代理对象的类名是这样的呢？

Subject subject = (Subject)Proxy.newProxyInstance(handler.getClass().getClassLoader(), realSubject
                .getClass().getInterfaces(), handler);

可能我觉得返回的这个代理对象会是Subject类型的对象，或者是InvocationHandler的对象，结果却不是，首先咱们解释一下为何咱们这里能够将其转化为Subject类型的对象？缘由就是在newProxyInstance这个方法的第二个参数上，咱们给这个代理对象提供了一组什么接口，那么我这个代理对象就会实现了这组接口，这个时候咱们固然能够将这个代理对象强制类型转化为这组接口中的任意一个，由于这里的接口是Subject类型，因此就能够将其转化为Subject类型了。

同时咱们必定要记住，通过 Proxy.newProxyInstance 建立的代理对象是在jvm运行时动态生成的一个对象，它并非咱们的InvocationHandler类型，也不是咱们定义的那组接口的类型，而是在运行是动态生成的一个对象，而且命名方式都是这样的形式，以$开头，proxy为中，最后一个数字表示对象的标号。

接着咱们来看看这两句

subject.rent();
subject.hello("world");

这里是经过代理对象来调用实现的那种接口中的方法，这个时候程序就会跳转到由这个代理对象关联到的 handler 中的invoke方法去执行，而咱们的这个 handler 对象又接受了一个 RealSubject类型的参数，表示我要代理的就是这个真实对象，因此此时就会调用 handler 中的invoke方法去执行：

public Object invoke(Object object, Method method, Object[] args)
            throws Throwable
    {
        //　　在代理真实对象前咱们能够添加一些本身的操做
        System.out.println("before invoke");
        
        System.out.println("Method:" + method);
        
        //    当代理对象调用真实对象的方法时，其会自动的跳转到代理对象关联的handler对象的invoke方法来进行调用
        method.invoke(subject, args);
        
        //　　在代理真实对象后咱们也能够添加一些本身的操做
        System.out.println("after invoke");
        
        return null;
    }

咱们看到，在真正经过代理对象来调用真实对象的方法的时候，咱们能够在该方法先后添加本身的一些操做，同时咱们看到咱们的这个 method 对象是这样的：

public abstract void com.xiaoluo.dynamicproxy.Subject.rent()

public abstract void com.xiaoluo.dynamicproxy.Subject.hello(java.lang.String)

正好就是咱们的Subject接口中的两个方法，这也就证实了当我经过代理对象来调用方法的时候，起实际就是委托由其关联到的 handler 对象的invoke方法中来调用，并非本身来真实调用，而是经过代理的方式来调用的。

这就是咱们的java动态代理机制

参考：深刻理解Java反射

参考：java的动态代理机制详解