Java基础学习第二十七天——类加载器和反射

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V1.0 2016.04.05 lutianfei none

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第十三章 类加载器和反射

类的加载

  • 当程序要使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则系统会通过加载连接初始化三步来实现对这个类进行初始化。

  • 加载

    • 就是指将class文件读入内存,并为之创建一个Class对象。
    • 任何类被使用时系统都会建立一个Class对象。
  • 连接

    • 验证 是否有正确的内部结构,并和其他类协调一致
    • 准备 负责为类的静态成员分配内存,并设置默认初始化值
    • 解析 将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用
  • 初始化 就是我们以前讲过的初始化步骤

类初始化时机

  • 创建类的实例
  • 访问类的静态变量,或者为静态变量赋值
  • 调用类的静态方法
  • 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象
  • 初始化某个类的子类
  • 直接使用java.exe命令来运行某个主类

类加载器

  • 负责将.class文件加载到内存中,并为之生成对应的Class对象
  • 虽然我们不需要关心类加载机制,但是了解这个机制我们就能更好的理解程序的运行。
  • 类加载器的组成
    • Bootstrap ClassLoader 根类加载器
    • Extension ClassLoader 扩展类加载器
    • Sysetm ClassLoader 系统类加载器

类加载器的作用

  • Bootstrap ClassLoader 根类加载器
    • 也被称为引导类加载器,负责Java核心类的加载
      • 比如System,String等。在JDK中JRE的lib目录下rt.jar文件中
  • Extension ClassLoader 扩展类加载器
    • 负责JRE的扩展目录jar包的加载。
      • 在JDK中JRE的lib目录ext目录
  • Sysetm ClassLoader 系统类加载器
    • 负责在JVM启动时加载来自java命令的class文件,以及classpath环境变量所指定的jar包和类路径


反射

  • JAVA反射机制是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法和属性;这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制
  • 要想解剖一个类,必须先要获取到该类的字节码文件对象。而解剖使用的就是Class类中的方法。所以先要获取到每一个字节码文件对应的Class类型的对象。

通过反射获取构造方法并使用

  • 获取构造方法
    • getConstructors
    • getDeclaredConstructors
  • 创建对象
    • newInstance()
    • con.newInstance(“zhangsan", 20);
  • 获取所有成员
    • getFields,getDeclaredFields
  • 获取单个成员
    • getField,getDeclaredField
  • 修改成员的值
    • set(Object obj,Object value)
      • 将指定对象变量上此 Field 对象表示的字段设置为指定的新值。
  • 获取所有方法
    • getMethods
    • getDeclaredMethods
  • 获取单个方法
    • getMethod
    • getDeclaredMethod
  • 暴力访问
    • method.setAccessible(true);
  • 获取class文件对象的方式:

    • A:Object类的getClass()方法
    • B:数据类型的静态属性class
    • C:Class类中的静态方法
      • public static Class forName(String className)
  • 一般我们使用谁呢?

    • A:自己玩 任选一种,第二种比较方便
    • B:开发 第三种
    • 为什么呢?因为第三种是一个字符串,而不是一个具体的类名。这样我们就可以把这样的字符串配置到配置文件中。
  • 通过反射获取无参构造方法并使用

/*
 * 反射:就是通过class文件对象,去使用该文件中的成员变量,构造方法,成员方法。
 * Class类:
 *      成员变量    Field
 *      构造方法    Constructor
 *      成员方法    Method
 * 
 */
public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 方式1
        Person p = new Person();
        Class c = p.getClass();

        Person p2 = new Person();
        Class c2 = p2.getClass();

        System.out.println(p == p2);// false
        System.out.println(c == c2);// true

        // 方式2
        Class c3 = Person.class;
        // int.class;
        // String.class;
        System.out.println(c == c3);

        // 方式3
        // ClassNotFoundException
        Class c4 = Class.forName("cn.itcast_01.Person");
        System.out.println(c == c4);
    }
}




public class Person {
    private String name;
    int age;
    public String address;

    public Person() {
    }

    private Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public Person(String name, int age, String address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }

    public void show() {
        System.out.println("show");
    }

    public void method(String s) {
        System.out.println("method " + s);
    }

    public String getString(String s, int i) {
        return s + "---" + i;
    }

    private void function() {
        System.out.println("function");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name + ", age=" + age + ", address=" + address
                + "]";
    }

}


  • 通过反射获取无参构造方法的使用
/*
 * 通过反射获取构造方法并使用。
 */
public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取字节码文件对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01.Person");

        // 获取构造方法
        // public Constructor[] getConstructors():所有公共构造方法
        // public Constructor[] getDeclaredConstructors():所有构造方法
        // Constructor[] cons = c.getDeclaredConstructors();
        // for (Constructor con : cons) {
        // System.out.println(con);
        // }

        // 获取单个构造方法
        // public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)
        // 参数表示的是:你要获取的构造方法的构造参数个数及数据类型的class字节码文件对象
        Constructor con = c.getConstructor();// 返回的是构造方法对象

        // Person p = new Person();
        // System.out.println(p);
        // public T newInstance(Object... initargs)
        // 使用此 Constructor 对象表示的构造方法来创建该构造方法的声明类的新实例,并用指定的初始化参数初始化该实例。
        Object obj = con.newInstance();
        System.out.println(obj);
        
        // Person p = (Person)obj;
        // p.show();
    }
}


  • 获取带参构造方法
/*
 * 需求:通过反射去获取该构造方法并使用:
 * public Person(String name, int age, String address)
 * 
 * Person p = new Person("林青霞",27,"北京");
 * System.out.println(p);
 */
 
public class ReflectDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取字节码文件对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01.Person");

        // 获取带参构造方法对象
        // public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)
        Constructor con = c.getConstructor(String.class, int.class,
                String.class);

        // 通过带参构造方法对象创建对象
        // public T newInstance(Object... initargs)
        Object obj = con.newInstance("林青霞", 27, "北京");
        
        System.out.println(obj);
    }
}


  • 获取私有构造方法并使用
/*
 * 需求:通过反射获取私有构造方法并使用
 * private Person(String name){}
 * 
 * Person p = new Person("风清扬");
 * System.out.println(p);
 */
public class ReflectDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取字节码文件对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01.Person");

        // 获取私有构造方法对象
        // NoSuchMethodException:每有这个方法异常
        // 原因是一开始我们使用的方法只能获取公共的,下面这种方式就可以了。
        Constructor con = c.getDeclaredConstructor(String.class);

        // 用该私有构造方法创建对象
        // IllegalAccessException:非法的访问异常。
        // 暴力访问
        con.setAccessible(true);// 值为true则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查。
        Object obj = con.newInstance("风清扬");

        System.out.println(obj);
    }
}


  • 获取成员变量并使用
/*
 * 通过反射获取成员变量并使用
 */
public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取字节码文件对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01.Person");

        // 获取所有的成员变量
        // Field[] fields = c.getFields();
        // Field[] fields = c.getDeclaredFields();
        // for (Field field : fields) {
        // System.out.println(field);
        // }

        /*
         * Person p = new Person(); p.address = "北京"; System.out.println(p);
         */

        // 通过无参构造方法创建对象
        Constructor con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();
        System.out.println(obj);

        // 获取单个的成员变量
        // 获取address并对其赋值
        Field addressField = c.getField("address");
        // public void set(Object obj,Object value)
        // 将指定对象变量上此 Field 对象表示的字段设置为指定的新值。
        addressField.set(obj, "北京"); // 给obj对象的addressField字段设置值为"北京"
        System.out.println(obj);

        // 获取name并对其赋值
        // NoSuchFieldException
        Field nameField = c.getDeclaredField("name");
        // IllegalAccessException
        nameField.setAccessible(true);
        nameField.set(obj, "林青霞");
        System.out.println(obj);

        // 获取age并对其赋值
        Field ageField = c.getDeclaredField("age");
        ageField.setAccessible(true);
        ageField.set(obj, 27);
        System.out.println(obj);
    }
}


  • 获取无参无返回值成员方法并使用
  • 获取带参数返回值成员方法并使用
public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取字节码文件对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01.Person");

        // 获取所有的方法
        // Method[] methods = c.getMethods(); // 获取自己的包括父亲的公共方法
        // Method[] methods = c.getDeclaredMethods(); // 获取自己的所有的方法
        // for (Method method : methods) {
        // System.out.println(method);
        // }

        Constructor con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();

        /*
         * Person p = new Person(); p.show();
         */

        // 获取单个方法并使用
        // public void show()
        // public Method getMethod(String name,Class<?>... parameterTypes)
        // 第一个参数表示的方法名,第二个参数表示的是方法的参数的class类型
        Method m1 = c.getMethod("show");
        // obj.m1(); // 错误
        // public Object invoke(Object obj,Object... args)
        // 返回值是Object接收,第一个参数表示对象是谁,第二参数表示调用该方法的实际参数
        m1.invoke(obj); // 调用obj对象的m1方法

        System.out.println("----------");
        // public void method(String s)
        Method m2 = c.getMethod("method", String.class);
        m2.invoke(obj, "hello");
        System.out.println("----------");

        // public String getString(String s, int i)
        Method m3 = c.getMethod("getString", String.class, int.class);
        Object objString = m3.invoke(obj, "hello", 100);
        System.out.println(objString);
        // String s = (String)m3.invoke(obj, "hello",100);
        // System.out.println(s);
        System.out.println("----------");

        // private void function()
        Method m4 = c.getDeclaredMethod("function");
        m4.setAccessible(true);
        m4.invoke(obj);
    }
}


反射应用举例

  • 通过配置文件运行类中的方法
public class Student {
    public void love() {
        System.out.println("爱生活,爱Java");
    }
}



public class Teacher {
    public void love() {
        System.out.println("爱生活,爱青霞");
    }
}



public class Worker {
    public void love() {
        System.out.println("爱生活,爱老婆");
    }
}




/*
 * 通过配置文件运行类中的方法
 * 
 * 反射:
 *      需要有配置文件配合使用。
 *      用class.txt代替。
 *      并且你知道有两个键。
 *          className
 *          methodName
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 反射前的做法
        // Student s = new Student();
        // s.love();
        // Teacher t = new Teacher();
        // t.love();
        // Worker w = new Worker();
        // w.love();
        // 反射后的做法

        // 加载键值对数据
        Properties prop = new Properties();
        FileReader fr = new FileReader("class.txt");
        prop.load(fr);
        fr.close();

        // 获取数据
        String className = prop.getProperty("className");
        String methodName = prop.getProperty("methodName");

        // 反射
        Class c = Class.forName(className);

        Constructor con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();

        // 调用方法
        Method m = c.getMethod(methodName);
        m.invoke(obj);
    }
}


  • 我给你ArrayList<Integer>的一个对象,我想在这个集合中添加一个字符串数据,如何实现呢?
public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException,
            SecurityException, IllegalAccessException,
            IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        // 创建集合对象
        ArrayList<Integer> array = new ArrayList<Integer>();

        // array.add("hello");
        // array.add(10);

        Class c = array.getClass(); // 集合ArrayList的class文件对象
        Method m = c.getMethod("add", Object.class);

        m.invoke(array, "hello"); // 调用array的add方法,传入的值是hello
        m.invoke(array, "world");
        m.invoke(array, "java");

        System.out.println(array);
    }
}


  • 写一个方法,
    • public void setProperty(Object obj, String propertyName, Object value){},
    • 此方法可将obj对象中名为propertyName的属性的值设置为value。
public class Tool {
    public void setProperty(Object obj, String propertyName, Object value)
            throws NoSuchFieldException, SecurityException,
            IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
        // 根据对象获取字节码文件对象
        Class c = obj.getClass();
        // 获取该对象的propertyName成员变量
        Field field = c.getDeclaredField(propertyName);
        // 取消访问检查
        field.setAccessible(true);
        // 给对象的成员变量赋值为指定的值
        field.set(obj, value);
    }
}




public class ToolDemo {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException,
            SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
        Person p = new Person();
        Tool t = new Tool();
        t.setProperty(p, "name", "林青霞");
        t.setProperty(p, "age", 27);
        System.out.println(p);
        System.out.println("-----------");

        Dog d = new Dog();

        t.setProperty(d, "sex", '男');
        t.setProperty(d, "price", 12.34f);

        System.out.println(d);
    }
}

class Dog {
    char sex;
    float price;

    @Override
    public String toString() {
        return sex + "---" + price;
    }
}

class Person {
    private String name;
    public int age;

    @Override
    public String toString() {
        return name + "---" + age;
    }
}


动态代理

  • 代理:本来应该自己做的事情,却请了别人来做,被请的人就是代理对象。

    • 举例:春季回家买票让人代买
  • 动态代理:在程序运行过程中产生的这个对象

    • 而程序运行过程中产生对象其实就是我们刚才反射讲解的内容,所以,动态代理其实就是通过反射来生成一个代理
  • 在Java中java.lang.reflect包下提供了一个Proxy类和一个InvocationHandler接口,通过使用这个类和接口就可以生成动态代理对象。JDK提供的代理只能针对接口做代理。我们有更强大的代理cglib

  • Proxy类中的方法创建动态代理类对象

    • public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)
      • 最终会调用InvocationHandler的方法
        • Object invoke(Object proxy,Method method,Object[] args)
  • Proxy类中创建动态代理对象的方法的三个参数:

    • ClassLoader对象,定义了由哪个ClassLoader对象 来对 生成的 代理对象进行加载
    • Interface对象的数组,表示的是 我将要 给 我需要代理的对象 提供一组什么接口,如果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。
    • 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,会关联到哪一个InvocationHandler对象上。
  • 每一个动态代理类都必须要实现InvocationHandler这个接口,并且每个代理类的实例都关联到了一个handler,当我们通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。

  • InvocationHandler接口中invoke方法的三个参数:

    • proxy:代表动态代理对象
    • method:代表正在执行的方法
    • args:代表调用目标方法时传入的实参
  • Proxy.newProxyInstance

    • 创建的代理对象是在jvm运行时动态生成的一个对象,它并不是我们的InvocationHandler类型,也不是我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,并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
public class MyInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private Object target; // 目标对象

    public MyInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            throws Throwable {
        System.out.println("权限校验");
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("日志记录");
        return result; // 返回的是代理对象
    }
}


public interface StudentDao {
    public abstract void login();

    public abstract void regist();
}



public class StudentDaoImpl implements StudentDao {

    @Override
    public void login() {
        System.out.println("登录功能");
    }

    @Override
    public void regist() {
        System.out.println("注册功能");
    }

}



/*
 * 用户操作接口
 */
public interface UserDao {
    public abstract void add();

    public abstract void delete();

    public abstract void update();

    public abstract void find();
}



public class UserDaoImpl implements UserDao {

    @Override
    public void add() {
        System.out.println("添加功能");
    }

    @Override
    public void delete() {
        System.out.println("删除功能");
    }

    @Override
    public void update() {
        System.out.println("修改功能");
    }

    @Override
    public void find() {
        System.out.println("查找功能");
    }

}



public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        UserDao ud = new UserDaoImpl();
        ud.add();
        ud.delete();
        ud.update();
        ud.find();
        System.out.println("-----------");
        // 我们要创建一个动态代理对象
        // 我准备对ud对象做一个代理对象
        MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler(ud);
        UserDao proxy = (UserDao) Proxy.newProxyInstance(ud.getClass()
                .getClassLoader(), ud.getClass().getInterfaces(), handler);
        proxy.add();
        proxy.delete();
        proxy.update();
        proxy.find();
        System.out.println("-----------");

        StudentDao sd = new StudentDaoImpl();
        MyInvocationHandler handler2 = new MyInvocationHandler(sd);
        StudentDao proxy2 = (StudentDao) Proxy.newProxyInstance(sd.getClass()
                .getClassLoader(), sd.getClass().getInterfaces(), handler2);
        proxy2.login();
        proxy2.regist();
    }
}




模版设计模式(抽象类)

  • 模版方法模式就是定义一个算法的骨架,而将具体的算法延迟到子类中来实现
  • 优点
    • 使用模版方法模式,在定义算法骨架的同时,可以很灵活的实现具体的算法,满足用户灵活多变的需求
  • 缺点
    • 如果算法骨架有修改的话,则需要修改抽象类
public class ForDemo extends GetTime {

    @Override
    public void code() {
        for (int x = 0; x < 100000; x++) {
            System.out.println(x);
        }
    }

}



public abstract class GetTime {
    // 需求:请给我计算出一段代码的运行时间
    public long getTime() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        code();

        long end = System.currentTimeMillis();

        return end - start;
    }

    public abstract void code();
}



public class GetTimeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // GetTime gt = new GetTime();
        // System.out.println(gt.getTime() + "毫秒");

        GetTime gt = new ForDemo();
        System.out.println(gt.getTime() + "毫秒");

        gt = new IODemo();
        System.out.println(gt.getTime() + "毫秒");
    }
}




public class IODemo extends GetTime{

    @Override
    public void code() {
        try {
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(
                    new FileInputStream("a.avi"));
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
                    new FileOutputStream("b.avi"));
            byte[] bys = new byte[1024];
            int len = 0;
            while ((len = bis.read(bys)) != -1) {
                bos.write(bys, 0, len);
            }
            bos.close();
            bis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
}


装饰设计模式

  • 装饰模式就是使用被装饰类的一个子类的实例,在客户端将这个子类的实例交给装饰类。是继承的替代方案
  • 优点
    • 使用装饰模式,可以提供比继承更灵活的扩展对象的功能,它可以动态的添加对象的功能,并且可以随意的组合这些功能
  • 缺点
    • 正因为可以随意组合,所以就可能出现一些不合理的逻辑
public interface Phone {
    public abstract void call();
}



public class IPhone implements Phone {

    @Override
    public void call() {
        System.out.println("手机可以打电话了");
    }

}



public class MusicPhoneDecorate extends PhoneDecorate {

    public MusicPhoneDecorate(Phone p) {
        super(p);
    }

    @Override
    public void call() {
        super.call();
        System.out.println("手机可以听音乐");
    }
}





public class RingPhoneDecorate extends PhoneDecorate {

    public RingPhoneDecorate(Phone p) {
        super(p);
    }

    @Override
    public void call() {
        System.out.println("手机可以听彩铃");
        super.call();
    }
}



public abstract class PhoneDecorate implements Phone {

    private Phone p;

    public PhoneDecorate(Phone p) {
        this.p = p;
    }

    @Override
    public void call() {
        this.p.call();
    }
}




public class PhoneDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Phone p = new IPhone();
        p.call();
        System.out.println("------------");

        // 需求:我想在接电话前,听彩铃
        PhoneDecorate pd = new RingPhoneDecorate(p);
        pd.call();
        System.out.println("------------");

        // 需求:我想在接电话后,听音乐
        pd = new MusicPhoneDecorate(p);
        pd.call();
        System.out.println("------------");

        // 需求:我要想手机在接前听彩铃,接后听音乐
        // 自己提供装饰类,在打电话前听彩铃,打电话后听音乐
        pd = new RingPhoneDecorate(new MusicPhoneDecorate(p));
        pd.call();
        System.out.println("----------");
        // 想想我们在IO流中的使用
        // InputStream is = System.in;
        // InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
        // BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter((new OutputStreamWriter(
                System.out)));

        Scanner sc = new Scanner(System.in);
    }
}




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