一、反射的概念 ：

反射的概念是由Smith在1982年首次提出的，主要是指程序可以訪問、檢測(cè)和修改它本身狀態(tài)或行為的一種能力。這一概念的提出很快引發(fā)了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域關(guān)于應(yīng)用反射性的研究。它首先被程序語言的設(shè)計(jì)領(lǐng)域所采用,并在Lisp和面向?qū)ο蠓矫嫒〉昧顺煽儭Ｆ渲蠰EAD/LEAD++ 、OpenC++ 、MetaXa和OpenJava等就是基于反射機(jī)制的語言。最近，反射機(jī)制也被應(yīng)用到了視窗系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)中。 

反射本身并不是一個(gè)新概念，它可能會(huì)使我們聯(lián)想到光學(xué)中的反射概念，盡管計(jì)算機(jī)科學(xué)賦予了反射概念新的含義，但是，從現(xiàn)象上來說，它們確實(shí)有某些相通之處，這些有助于我們的理解。在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，反射是指一類應(yīng)用，它們能夠自描述和自控制。也就是說，這類應(yīng)用通過采用某種機(jī)制來實(shí)現(xiàn)對(duì)自己行為的描述（self-representation）和監(jiān)測(cè)（examination），并能根據(jù)自身行為的狀態(tài)和結(jié)果，調(diào)整或修改應(yīng)用所描述行為的狀態(tài)和相關(guān)的語義?？梢钥闯?，同一般的反射概念相比，計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的反射不單單指反射本身，還包括對(duì)反射結(jié)果所采取的措施。所有采用反射機(jī)制的系統(tǒng)（即反射系統(tǒng)）都希望使系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)更開放?？梢哉f，實(shí)現(xiàn)了反射機(jī)制的系統(tǒng)都具有開放性，但具有開放性的系統(tǒng)并不一定采用了反射機(jī)制，開放性是反射系統(tǒng)的必要條件。一般來說，反射系統(tǒng)除了滿足開放性條件外還必須滿足原因連接（Causally-connected）。所謂原因連接是指對(duì)反射系統(tǒng)自描述的改變能夠立即反映到系統(tǒng)底層的實(shí)際狀態(tài)和行為上的情況，反之亦然。開放性和原因連接是反射系統(tǒng)的兩大基本要素。13700863760

Java中，反射是一種強(qiáng)大的工具。它使您能夠創(chuàng)建靈活的代碼，這些代碼可以在運(yùn)行時(shí)裝配，無需在組件之間進(jìn)行源代表鏈接。反射允許我們?cè)诰帉懪c執(zhí)行時(shí)，使我們的程序代碼能夠接入裝載到JVM中的類的內(nèi)部信息，而不是源代碼中選定的類協(xié)作的代碼。這使反射成為構(gòu)建靈活的應(yīng)用的主要工具。但需注意的是：如果使用不當(dāng)，反射的成本很高。

二、Java中的類反射：

Reflection 是 Java 程序開發(fā)語言的特征之一，它允許運(yùn)行中的 Java 程序?qū)ψ陨磉M(jìn)行檢查，或者說“自審”，并能直接操作程序的內(nèi)部屬性。Java 的這一能力在實(shí)際應(yīng)用中也許用得不是很多，但是在其它的程序設(shè)計(jì)語言中根本就不存在這一特性。例如，Pascal、C 或者 C++ 中就沒有辦法在程序中獲得函數(shù)定義相關(guān)的信息。

1．檢測(cè)類：

1.1 reflection的工作機(jī)制

考慮下面這個(gè)簡(jiǎn)單的例子，讓我們看看 reflection 是如何工作的。

import java.lang.reflect.*;
public class DumpMethods {
    public static void main(String args[]) {
        try {
            Class c = Class.forName(args[0]);
            Method m[] = c.getDeclaredMethods();
            for (int i = 0; i < m.length; i++)
                System.out.println(m[i].toString());
        } catch (Throwable e) {
            System.err.println(e);
        }
    }
}

按如下語句執(zhí)行：

java DumpMethods java.util.Stack

它的結(jié)果輸出為：

public java.lang.Object java.util.Stack.push(java.lang.Object)

public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.pop()

public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.peek()

public boolean java.util.Stack.empty()

public synchronized int java.util.Stack.search(java.lang.Object)

這樣就列出了java.util.Stack 類的各方法名以及它們的限制符和返回類型。

這個(gè)程序使用 Class.forName 載入指定的類，然后調(diào)用 getDeclaredMethods 來獲取這個(gè)類中定義了的方法列表。java.lang.reflect.Methods 是用來描述某個(gè)類中單個(gè)方法的一個(gè)類。

1.2 Java類反射中的主要方法

對(duì)于以下三類組件中的任何一類來說 -- 構(gòu)造函數(shù)、字段和方法 -- java.lang.Class 提供四種獨(dú)立的反射調(diào)用，以不同的方式來獲得信息。調(diào)用都遵循一種標(biāo)準(zhǔn)格式。以下是用于查找構(gòu)造函數(shù)的一組反射調(diào)用：

l         Constructor getConstructor(Class[] params) -- 獲得使用特殊的參數(shù)類型的公共構(gòu)造函數(shù)，

l         Constructor[] getConstructors() -- 獲得類的所有公共構(gòu)造函數(shù)

l         Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params) -- 獲得使用特定參數(shù)類型的構(gòu)造函數(shù)(與接入級(jí)別無關(guān))

l         Constructor[] getDeclaredConstructors() -- 獲得類的所有構(gòu)造函數(shù)(與接入級(jí)別無關(guān)) 

獲得字段信息的Class 反射調(diào)用不同于那些用于接入構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用，在參數(shù)類型數(shù)組中使用了字段名：

l         Field getField(String name) -- 獲得命名的公共字段

l         Field[] getFields() -- 獲得類的所有公共字段

l         Field getDeclaredField(String name) -- 獲得類聲明的命名的字段

l         Field[] getDeclaredFields() -- 獲得類聲明的所有字段 

用于獲得方法信息函數(shù)：

l         Method getMethod(String name, Class[] params) -- 使用特定的參數(shù)類型，獲得命名的公共方法

l         Method[] getMethods() -- 獲得類的所有公共方法

l         Method getDeclaredMethod(String name, Class[] params) -- 使用特寫的參數(shù)類型，獲得類聲明的命名的方法

l         Method[] getDeclaredMethods() -- 獲得類聲明的所有方法 

 

1.3開始使用 Reflection：

用于 reflection 的類，如 Method，可以在 java.lang.relfect 包中找到。使用這些類的時(shí)候必須要遵循三個(gè)步驟：第一步是獲得你想操作的類的 java.lang.Class 對(duì)象。在運(yùn)行中的 Java 程序中，用 java.lang.Class 類來描述類和接口等。

下面就是獲得一個(gè) Class 對(duì)象的方法之一：

Class c = Class.forName("java.lang.String");

這條語句得到一個(gè) String 類的類對(duì)象。還有另一種方法，如下面的語句：

Class c = int.class;

或者

Class c = Integer.TYPE;

它們可獲得基本類型的類信息。其中后一種方法中訪問的是基本類型的封裝類 (如 Integer) 中預(yù)先定義好的 TYPE 字段。

第二步是調(diào)用諸如 getDeclaredMethods 的方法，以取得該類中定義的所有方法的列表。

一旦取得這個(gè)信息，就可以進(jìn)行第三步了——使用 reflection API 來操作這些信息，如下面這段代碼：

Class c = Class.forName("java.lang.String");

Method m[] = c.getDeclaredMethods();

System.out.println(m[0].toString());

它將以文本方式打印出 String 中定義的第一個(gè)方法的原型。

2．處理對(duì)象：

如果要作一個(gè)開發(fā)工具像debugger之類的，你必須能發(fā)現(xiàn)filed values,以下是三個(gè)步驟:

a.創(chuàng)建一個(gè)Class對(duì)象
b.通過getField 創(chuàng)建一個(gè)Field對(duì)象
c.調(diào)用Field.getXXX(Object)方法(XXX是Int,Float等，如果是對(duì)象就省略；Object是指實(shí)例).

例如：
import java.lang.reflect.*;
import java.awt.*;

class SampleGet {

   public static void main(String[] args) {
      Rectangle r = new Rectangle(100, 325);
      printHeight(r);

   }

   static void printHeight(Rectangle r) {
      Field heightField;
      Integer heightValue;
      Class c = r.getClass();
      try {
        heightField = c.getField("height");
        heightValue = (Integer) heightField.get(r);
        System.out.println("Height: " + heightValue.toString());
      } catch (NoSuchFieldException e) {
          System.out.println(e);
      } catch (SecurityException e) {
          System.out.println(e);
      } catch (IllegalAccessException e) {
          System.out.println(e);
      }
   }
}

 

三、安全性和反射：

在處理反射時(shí)安全性是一個(gè)較復(fù)雜的問題。反射經(jīng)常由框架型代碼使用，由于這一點(diǎn)，我們可能希望框架能夠全面接入代碼，無需考慮常規(guī)的接入限制。但是，在其它情況下，不受控制的接入會(huì)帶來嚴(yán)重的安全性風(fēng)險(xiǎn)，例如當(dāng)代碼在不值得信任的代碼共享的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)。

由于這些互相矛盾的需求，Java編程語言定義一種多級(jí)別方法來處理反射的安全性。基本模式是對(duì)反射實(shí)施與應(yīng)用于源代碼接入相同的限制：

n         從任意位置到類公共組件的接入 

n         類自身外部無任何到私有組件的接入 

n         受保護(hù)和打包（缺省接入）組件的有限接入 

不過至少有些時(shí)候，圍繞這些限制還有一種簡(jiǎn)單的方法。我們可以在我們所寫的類中，擴(kuò)展一個(gè)普通的基本類java.lang.reflect.AccessibleObject 類。這個(gè)類定義了一種setAccessible方法，使我們能夠啟動(dòng)或關(guān)閉對(duì)這些類中其中一個(gè)類的實(shí)例的接入檢測(cè)。唯一的問題在于如果使用了安全性管理器，它將檢測(cè)正在關(guān)閉接入檢測(cè)的代碼是否許可了這樣做。如果未許可，安全性管理器拋出一個(gè)例外。

下面是一段程序，在TwoString 類的一個(gè)實(shí)例上使用反射來顯示安全性正在運(yùn)行：

public class ReflectSecurity {

    public static void main(String[] args) {

        try {

            TwoString ts = new TwoString("a", "b");

            Field field = clas.getDeclaredField("m_s1");

//          field.setAccessible(true);

            System.out.println("Retrieved value is " +

                field.get(inst));

        } catch (Exception ex) {

            ex.printStackTrace(System.out);

        }

    }

}

如果我們編譯這一程序時(shí)，不使用任何特定參數(shù)直接從命令行運(yùn)行，它將在field .get(inst)調(diào)用中拋出一個(gè)IllegalAccessException異常。如果我們不注釋field.setAccessible(true)代碼行，那么重新編譯并重新運(yùn)行該代碼，它將編譯成功。最后，如果我們?cè)诿钚刑砑恿薐VM參數(shù)-Djava.security.manager以實(shí)現(xiàn)安全性管理器，它仍然將不能通過編譯，除非我們定義了ReflectSecurity類的許可權(quán)限。

四、反射性能：

反射是一種強(qiáng)大的工具，但也存在一些不足。一個(gè)主要的缺點(diǎn)是對(duì)性能有影響。使用反射基本上是一種解釋操作，我們可以告訴JVM，我們希望做什么并且它滿足我們的要求。這類操作總是慢于只直接執(zhí)行相同的操作。

下面的程序是字段接入性能測(cè)試的一個(gè)例子，包括基本的測(cè)試方法。每種方法測(cè)試字段接入的一種形式 -- accessSame 與同一對(duì)象的成員字段協(xié)作，accessOther 使用可直接接入的另一對(duì)象的字段，accessReflection 使用可通過反射接入的另一對(duì)象的字段。在每種情況下，方法執(zhí)行相同的計(jì)算 -- 循環(huán)中簡(jiǎn)單的加/乘順序。

程序如下：

public int accessSame(int loops) {

    m_value = 0;

    for (int index = 0; index < loops; index++) {

        m_value = (m_value + ADDITIVE_VALUE) *

            MULTIPLIER_VALUE;

    }

    return m_value;

}

 

public int accessReference(int loops) {

    TimingClass timing = new TimingClass();

    for (int index = 0; index < loops; index++) {

        timing.m_value = (timing.m_value + ADDITIVE_VALUE) *

            MULTIPLIER_VALUE;

    }

    return timing.m_value;

}

 

public int accessReflection(int loops) throws Exception {

    TimingClass timing = new TimingClass();

    try {

        Field field = TimingClass.class.

            getDeclaredField("m_value");

        for (int index = 0; index < loops; index++) {

            int value = (field.getInt(timing) +

                ADDITIVE_VALUE) * MULTIPLIER_VALUE;

            field.setInt(timing, value);

        }

        return timing.m_value;

    } catch (Exception ex) {

        System.out.println("Error using reflection");

        throw ex;

    }

}

在上面的例子中，測(cè)試程序重復(fù)調(diào)用每種方法，使用一個(gè)大循環(huán)數(shù)，從而平均多次調(diào)用的時(shí)間衡量結(jié)果。平均值中不包括每種方法第一次調(diào)用的時(shí)間，因此初始化時(shí)間不是結(jié)果中的一個(gè)因素。下面的圖清楚的向我們展示了每種方法字段接入的時(shí)間：

圖 1：字段接入時(shí)間 ：

我們可以看出：在前兩副圖中(Sun JVM)，使用反射的執(zhí)行時(shí)間超過使用直接接入的1000倍以上。通過比較，IBM JVM可能稍好一些，但反射方法仍舊需要比其它方法長700倍以上的時(shí)間。任何JVM上其它兩種方法之間時(shí)間方面無任何顯著差異，但I(xiàn)BM JVM幾乎比Sun JVM快一倍。最有可能的是這種差異反映了Sun Hot Spot JVM的專業(yè)優(yōu)化，它在簡(jiǎn)單基準(zhǔn)方面表現(xiàn)得很糟糕。反射性能是Sun開發(fā)1.4 JVM時(shí)關(guān)注的一個(gè)方面，它在反射方法調(diào)用結(jié)果中顯示。在這類操作的性能方面，Sun 1.4.1 JVM顯示了比1.3.1版本很大的改進(jìn)。

如果為為創(chuàng)建使用反射的對(duì)象編寫了類似的計(jì)時(shí)測(cè)試程序，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這種情況下的差異不象字段和方法調(diào)用情況下那么顯著。使用newInstance()調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的java.lang.Object實(shí)例耗用的時(shí)間大約是在Sun 1.3.1 JVM上使用new Object()的12倍，是在IBM 1.4.0 JVM的四倍，只是Sun 1.4.1 JVM上的兩部。使用Array.newInstance(type, size)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組耗用的時(shí)間是任何測(cè)試的JVM上使用new type[size]的兩倍，隨著數(shù)組大小的增加，差異逐步縮小。

結(jié)束語：

Java語言反射提供一種動(dòng)態(tài)鏈接程序組件的多功能方法。它允許程序創(chuàng)建和控制任何類的對(duì)象(根據(jù)安全性限制)，無需提前硬編碼目標(biāo)類。這些特性使得反射特別適用于創(chuàng)建以非常普通的方式與對(duì)象協(xié)作的庫。例如，反射經(jīng)常在持續(xù)存儲(chǔ)對(duì)象為數(shù)據(jù)庫、XML或其它外部格式的框架中使用。Java reflection 非常有用，它使類和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能按名稱動(dòng)態(tài)檢索相關(guān)信息，并允許在運(yùn)行著的程序中操作這些信息。Java 的這一特性非常強(qiáng)大，并且是其它一些常用語言，如 C、C++、Fortran 或者 Pascal 等都不具備的。

但反射有兩個(gè)缺點(diǎn)。第一個(gè)是性能問題。用于字段和方法接入時(shí)反射要遠(yuǎn)慢于直接代碼。性能問題的程度取決于程序中是如何使用反射的。如果它作為程序運(yùn)行中相對(duì)很少涉及的部分，緩慢的性能將不會(huì)是一個(gè)問題。即使測(cè)試中最壞情況下的計(jì)時(shí)圖顯示的反射操作只耗用幾微秒。僅反射在性能關(guān)鍵的應(yīng)用的核心邏輯中使用時(shí)性能問題才變得至關(guān)重要。

許多應(yīng)用中更嚴(yán)重的一個(gè)缺點(diǎn)是使用反射會(huì)模糊程序內(nèi)部實(shí)際要發(fā)生的事情。程序人員希望在源代碼中看到程序的邏輯，反射等繞過了源代碼的技術(shù)會(huì)帶來維護(hù)問題。反射代碼比相應(yīng)的直接代碼更復(fù)雜，正如性能比較的代碼實(shí)例中看到的一樣。解決這些問題的最佳方案是保守地使用反射——僅在它可以真正增加靈活性的地方——記錄其在目標(biāo)類中的使用。

 

 

利用反射實(shí)現(xiàn)類的動(dòng)態(tài)加載

Bromon原創(chuàng) 請(qǐng)尊重版權(quán)

最近在成都寫一個(gè)移動(dòng)增值項(xiàng)目，俺負(fù)責(zé)后臺(tái)server端。功能很簡(jiǎn)單，手機(jī)用戶通過GPRS打開Socket與服務(wù)器連接，我則根據(jù)用戶傳過來的數(shù)據(jù)做出響應(yīng)。做過類似項(xiàng)目的兄弟一定都知道，首先需要定義一個(gè)類似于MSNP的通訊協(xié)議，不過今天的話題是如何把這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得具有高度的擴(kuò)展性。由于這個(gè)項(xiàng)目本身沒有進(jìn)行過較為完善的客戶溝通和需求分析，所以以后肯定會(huì)有很多功能上的擴(kuò)展，通訊協(xié)議肯定會(huì)越來越龐大，而我作為一個(gè)不那么勤快的人，當(dāng)然不想以后再去修改寫好的程序，所以這個(gè)項(xiàng)目是實(shí)踐面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的好機(jī)會(huì)。

首先定義一個(gè)接口來隔離類：

package org.bromon.reflect;

public interface Operator

{

public java.util.List act(java.util.List params)

}

根據(jù)設(shè)計(jì)模式的原理，我們可以為不同的功能編寫不同的類，每個(gè)類都繼承Operator接口，客戶端只需要針對(duì)Operator接口編程就可以避免很多麻煩。比如這個(gè)類：

package org.bromon.reflect.*;

public class Success implements Operator

{

public java.util.List act(java.util.List params)

{

List result=new ArrayList();

result.add(new String(“操作成功”));

return result;

}

}

我們還可以寫其他很多類，但是有個(gè)問題，接口是無法實(shí)例化的，我們必須手動(dòng)控制具體實(shí)例化哪個(gè)類，這很不爽，如果能夠向應(yīng)用程序傳遞一個(gè)參數(shù)，讓自己去選擇實(shí)例化一個(gè)類，執(zhí)行它的act方法，那我們的工作就輕松多了。

很幸運(yùn)，我使用的是Java，只有Java才提供這樣的反射機(jī)制，或者說內(nèi)省機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)我們的無理要求。編寫一個(gè)配置文件emp.properties:

#成功響應(yīng)

1000=Success

#向客戶發(fā)送普通文本消息

2000=Load

#客戶向服務(wù)器發(fā)送普通文本消息

3000=Store

文件中的鍵名是客戶將發(fā)給我的消息頭，客戶發(fā)送1000給我，那么我就執(zhí)行Success類的act方法，類似的如果發(fā)送2000給我，那就執(zhí)行Load類的act方法，這樣一來系統(tǒng)就完全符合開閉原則了，如果要添加新的功能，完全不需要修改已有代碼，只需要在配置文件中添加對(duì)應(yīng)規(guī)則，然后編寫新的類，實(shí)現(xiàn)act方法就ok，即使我棄這個(gè)項(xiàng)目而去，它將來也可以很好的擴(kuò)展。這樣的系統(tǒng)具備了非常良好的擴(kuò)展性和可插入性。

下面這個(gè)例子體現(xiàn)了動(dòng)態(tài)加載的功能，程序在執(zhí)行過程中才知道應(yīng)該實(shí)例化哪個(gè)類：

package org.bromon.reflect.*;

import java.lang.reflect.*;

public class TestReflect

{

//加載配置文件,查詢消息頭對(duì)應(yīng)的類名

private String loadProtocal(String header)

{

String result=null;

try

{

Properties prop=new Properties();

FileInputStream fis=new FileInputStream("emp.properties");

prop.load(fis);

result=prop.getProperty(header);

fis.close();

}catch(Exception e)

{

System.out.println(e);

}

return result;

}

//針對(duì)消息作出響應(yīng),利用反射導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的類

public String response(String header,String content)

{

String result=null;

String s=null;

try 

{

/*

* 導(dǎo)入屬性文件emp.properties,查詢header所對(duì)應(yīng)的類的名字

* 通過反射機(jī)制動(dòng)態(tài)加載匹配的類,所有的類都被Operator接口隔離

* 可以通過修改屬性文件、添加新的類(繼承MsgOperator接口)來擴(kuò)展協(xié)議

*/

s="org.bromon.reflect."+this.loadProtocal(header);

//加載類

Class c=Class.forName(s);

//創(chuàng)建類的事例

Operator mo=(Operator)c.newInstance();

//構(gòu)造參數(shù)列表

Class params[]=new Class[1];

params[0]=Class.forName("java.util.List");

//查詢act方法

Method m=c.getMethod("act",params);

Object args[]=new Object[1];

args[0]=content;

//調(diào)用方法并且獲得返回

Object returnObject=m.invoke(mo,args);

}catch(Exception e)

{

System.out.println("Handler-response:"+e);

}

return result;

}

public static void main(String args[])

{

TestReflect tr=new TestReflect();

tr.response(args[0],”消息內(nèi)容”);

}

}

測(cè)試一下：java TestReflect 1000

這個(gè)程序是針對(duì)Operator編程的，所以無需做任何修改，直接提供Load和Store類，就可以支持2000、3000做參數(shù)的調(diào)用。

有了這樣的內(nèi)省機(jī)制，可以把接口的作用發(fā)揮到極至，設(shè)計(jì)模式也更能體現(xiàn)出威力，而不僅僅供我們飯后閑聊。