Java 反射：框架設計的靈魂

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在學習 Java 反射之前，先讓我們看看這幾個概念。

解釋型語言和編譯型語言

解釋型語言：不需要編譯，在運行的時候逐行翻譯解釋；修改程式碼時可以直接修改，可以快速部署，不過性能上會比編譯型語言稍差；比如 JavaScript、Python ；

編譯型語言：需要通過編譯器將源程式碼編譯成機器碼才能執行；編譯之後如果需要修改程式碼，在執行之前就需要重新編譯。比如 C 語言；

Java 嚴格來說也是編譯型語言，但又介於編譯型和解釋型之間；Java 不直接生成機器碼而是生成中間碼：編譯期間，是將源碼交給編譯器生成 class 文件（位元組碼），這個過程中只做了翻譯的工作，並沒有把程式碼放入記憶體運行；當進入運行期，位元組碼才被 Java 虛擬機載入、解釋成機器語言並運行。

動態語言和靜態語言

動態語言：是指程式在運行時可以改變自身結構，在運行時確定數據類型，一個對象是否能執行某操作，只取決於它有沒有對應的方法，而不在乎它是否是某種類型的對象；比如 JavaScript、Python。

靜態語言：相對於動態語言來說，在編譯時變數的數據類型就已經確定（使用變數之前必須聲明數據類型），在編譯時就會進行類型是否匹配；比如 C 語言、Java ；

反射的概念

Java 反射機制：在運行過程中，對於任意一個類，都能知道其所有的屬性和方法；對於任意一個對象，都能調用其屬性和方法；這種動態獲取類資訊和調用對象方法的功能，就是 Java 反射機制。

既然反射裡面有一個「反」字，那麼我們先看看何為「正」。

在 Java 中，要使用一個類中的某個方法，「正向」都是這樣的：

ArrayList list = new ArrayList(); //實例化  list.add("reflection");  //執行方法

那麼反向（反射）要如何實現？

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(object, 0));

兩段程式碼執行的結果是一樣的，但是「正向」程式碼在編譯前，就已經明確了要運行的類是什麼（ArrayList），而第二段程式碼，只有在程式碼運行時，才知道運行的類是 java.util.ArrayList。

反射的作用

講到這裡，有些同學可能會有疑問：「反射有什麼用？我明明都已經知道了要使用的類是 ArrayList ，我不能直接 new 一個對象然後執行裡面的方法么？」

當然可以！不過很多場景中，在程式碼運行之前並不知道需要使用哪個類，或者說在運行的時候才決定使用哪個類；

比如有這麼一個功能：「調用阿里雲的人臉識別 API 」；這還不簡單，參考對方的 API 文檔，很快就能實現。

faceRecognition(Object faceImg){    //調用阿里雲的人臉識別 API  }

上線一個月後，領導說：「咱公司開始和騰訊雲合作了，人臉識別的介面改一下吧」。

faceRecognition(Object faceImg){    //調用騰訊雲的人臉識別 API  }

修改上線運行了兩個月，領導說：「換回來吧」... ...

當然有聰明的程式設計師會想到設置一個開關配置，讓開關決定走哪段程式碼邏輯，如果領導哪天想變成亞馬遜雲的服務，繼續寫 if-else 就好了：

faceRecognition(Object faceImg){    if("AL".equals(configStr)){      //調用阿里雲的人臉識別 API    }else if("TX".equals(configStr)){      //調用騰訊雲的人臉識別 API    }else if("AM".equals(configStr)){      //調用亞馬遜雲的人臉識別 API    }  }

不過還有一種更好的方法：

1. 定義一個介面：

interface FaceRecognitionInterface(){    faceRecognition(Object faceImg) ;  }

2. 多個實現類：

class ALFaceRecognition implements FaceRecognitionInterface{  //調用阿里雲的人臉識別 API 的實現}class TXFaceRecognition implements FaceRecognitionInterface{  //調用騰訊雲的人臉識別 API 的實現}

3. 在調用人臉識別功能的程式碼中：

String configStr = "讀取配置，走阿里雲還是騰訊雲";  FaceRecognitionInterface faceRe =  Class.forName(configStr).newInstance();  faceRe.faceRecognition(faceImg);

如果上面這個例子，你依然覺得在調用方法中做 if-else 判斷，和使用反射實現並沒有差太多，但是如果程式設計師 A 提供介面，程式設計師 B 提供實現，程式設計師 C 寫客戶端呢？

回憶一下 JDBC 的使用，比如創建一個連接：

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

其中：

  • 程式設計師 A 提供介面：Oracle 公司（之前的 Sun）提供 JDBC 標準（介面）。
  • 程式設計師 B 提供實現：各個資料庫廠商提供針對自家資料庫的實現。
  • 程式設計師 C 寫客戶端：我等碼農在 Java 中敲程式碼訪問資料庫。

總結一下Java 反射的作用：可以設計出更為通用和靈活的架構，很多框架為了保證其通用性，可以根據配置載入不用的類，這時候要用到反射。除此之外：

  • 動態代理：在不改變目標對象方法的情況下對方法進行增強，比如使用 AOP 攔截某些方法列印日誌，這就需要通過反射執行方法中的內容。
  • 註解：利用反射機制，獲取註解並執行對應的行為。

用反射的用法

上文中我們知道了 Java 運行期的源文件是 class 文件（位元組碼），所以要使用反射，那麼就需要獲取到位元組碼文件對象，在 Java 中，獲取位元組碼文件對象有三種方式：

  • 調用某個類的 class 屬性：類名.class
  • 調用對象的 getClass() 方法：對象.getClass()
  • 使用 Class 類中的 forName() 靜態方法：Class.forName(類的全路徑) ，建議使用這種方法

java.lang.reflect 類庫提供了對反射的支援：

  • Field ：可以使用 get 和 set 方法讀取和修改對象的屬性；
  • Method ：可以使用 invoke() 方法調用對象中的方法；
  • Constructor ：可以用 newInstance() 創建新的對象。

反射的優缺點

優點：在運行時動態獲取類和對象中的內容，極大地提高系統的靈活性和擴展性；誇張一些說，反射是框架設計的靈魂。

缺點：會有一定的性能損耗，JVM 無法對這些程式碼進行優化；破壞類的封裝性。

總之，可能大家在平時的開發過程中，感覺自己並沒有寫過反射相關的程式碼，但是在我們用到的各種開源框架中，反射無處不在。

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