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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新概念,它可能會使我們聯(lián)想到光學(xué)中的反射概念,盡管計算機(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)對自己行為的描述(self-representation)和監(jiān)測(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。可以看出,同一般的反射概念相比,計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的反射不單單指反射本身,還包括對反射結(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。可以說,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)行時裝配,無需在組件之間進(jìn)行源代表鏈接。反射允許我們在編寫與執(zhí)行時,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.檢測類:
1.1 reflection的工作機(jī)制
考慮下面這個簡單的例子,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);
??????? }
??? }
}
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。
這個程序使用 Class.forName 載入指定的類,然后調(diào)用 getDeclaredMethods 來獲取這個類中定義了的方法列表。java.lang.reflect.Methods 是用來描述某個類中單個方法的一個類。
1.2 Java類反射中的主要方法
對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)(與接入級別無關(guān))
l???????? Constructor[] getDeclaredConstructors() -- 獲得類的所有構(gòu)造函數(shù)(與接入級別無關(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
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1.3開始使用 Reflection:
用于 reflection 的類,如 Method,可以在 java.lang.relfect 包中找到。使用這些類的時候必須要遵循三個步驟:第一步是獲得你想操作的類的 java.lang.Class 對象。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 Class 對象的方法之一:
Class c = Class.forName("java.lang.String");
這條語句得到一個 String 類的類對象。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 中定義的第一個方法的原型。
2.處理對象:
如果要作一個開發(fā)工具像debugger之類的,你必須能發(fā)現(xiàn)filed values,以下是三個步驟:
a.創(chuàng)建一個Class對象
b.通過getField 創(chuàng)建一個Field對象
c.調(diào)用Field.getXXX(Object)方法(XXX是Int,Float等,如果是對象就省略;Object是指實(shí)例).
b.通過getField 創(chuàng)建一個Field對象
c.調(diào)用Field.getXXX(Object)方法(XXX是Int,Float等,如果是對象就省略;Object是指實(shí)例).
例如:
import java.lang.reflect.*;
import java.awt.*;
import java.lang.reflect.*;
import java.awt.*;
class SampleGet {
?? public static void main(String[] args) {
????? Rectangle r = new Rectangle(100, 325);
????? printHeight(r);
????? 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);
????? }
?? }
}
????? 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 :
在處理反射時安全性是一個較復(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,不受控制的接入會帶來嚴(yán)重的安全性風(fēng)險,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。
由于這些互相矛盾的需求,Java編程語言定義一種多級別方法來處理反射的安全性。基本模式是對反射實(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
不過至少有些時候,圍繞這些限制還有一種簡單的方法。我們可以在我們所寫的類中,擴(kuò)展一個普通的基本類java.lang.reflect.AccessibleObject 類。這個類定義了一種setAccessible方法,使我們能夠啟動或關(guān)閉對這些類中其中一個類的實(shí)例的接入檢測。唯一的問題在于如果使用了安全性管理器,它將檢測正在關(guān)閉接入檢測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例外。
下面是一段程序,在TwoString 類的一個實(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,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,如果我們在命令行添加了JVM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。一個主要的缺點(diǎn)是對性能有影響。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試的一個例子,包括基本的測試方法。每種方法測試字段接入的一種形式 -- accessSame 與同一對象的成員字段協(xié)作,accessOther 使用可直接接入的另一對象的字段,accessReflection 使用可通過反射接入的另一對象的字段。在每種情況下,方法執(zhí)行相同的計算 -- 循環(huán)中簡單的加/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,測試程序重復(fù)調(diào)用每種方法,使用一個大循環(huán)數(shù),從而平均多次調(diào)用的時間衡量結(jié)果。平均值中不包括每種方法第一次調(diào)用的時間,因此初始化時間不是結(jié)果中的一個因素。下面的圖清楚的向我們展示了每種方法字段接入的時間:
我們可以看出:在前兩副圖中(Sun JVM),使用反射的執(zhí)行時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倍以上的時間。任何JVM上其它兩種方法之間時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時關(guān)注的一個方面,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)建使用反射的對象編寫了類似的計時測試程序,我們會發(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)建一個簡單的java.lang.Object實(shí)例耗用的時間大約是在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)建一個數(shù)組耗用的時間是任何測試的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象協(xié)作的庫。例如,反射經(jīng)常在持續(xù)存儲對象為數(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。
但反射有兩個缺點(diǎn)。第一個是性能問題。用于字段和方法接入時反射要遠(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)行中相對很少涉及的部分,緩慢的性能將不會是一個問題。即使測試中最壞情況下的計時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)重的一個缺點(diǎn)是使用反射會模糊程序內(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。
?
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利用反射實(shí)現(xiàn)類的動態(tài)加載
Bromon原創(chuàng) 請尊重版權(quán)
最近在成都寫一個移動增值項(xiàng)目,俺負(fù)責(zé)后臺server端。功能很簡單,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,首先需要定義一個類似于MSNP的通訊協(xié)議,不過今天的話題是如何把這個系統(tǒng)設(shè)計得具有高度的擴(kuò)展性。由于這個項(xiàng)目本身沒有進(jìn)行過較為完善的客戶溝通和需求分析,所以以后肯定會有很多功能上的擴(kuò)展,通訊協(xié)議肯定會越來越龐大,而我作為一個不那么勤快的人,當(dāng)然不想以后再去修改寫好的程序,所以這個項(xiàng)目是實(shí)踐面向?qū)ο笤O(shè)計的好機(jī)會。
首先定義一個接口來隔離類:
package org.bromon.reflect;
public interface Operator
{
public java.util.List act(java.util.List params)
}
根據(jù)設(shè)計模式的原理,我們可以為不同的功能編寫不同的類,每個類都繼承Operator接口,客戶端只需要針對Operator接口編程就可以避免很多麻煩。比如這個類:
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,但是有個問題,接口是無法實(shí)例化的,我們必須手動控制具體實(shí)例化哪個類,這很不爽,如果能夠向應(yīng)用程序傳遞一個參數(shù),讓自己去選擇實(shí)例化一個類,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。
下面這個例子體現(xiàn)了動態(tài)加載的功能,程序在執(zhí)行過程中才知道應(yīng)該實(shí)例化哪個類:
package org.bromon.reflect.*;
import java.lang.reflect.*;
public class TestReflect
{
//加載配置文件,查詢消息頭對應(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;
}
//針對消息作出響應(yīng),利用反射導(dǎo)入對應(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所對應(yīng)的類的名字
* 通過反射機(jī)制動態(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”);
}
}
測試一下:java TestReflect 1000
這個程序是針對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
posted @ 2007-01-01 21:24 海之聲 閱讀(230) | 評論 (0) | 編輯 收藏