學(xué)會(huì)反射后，我被錄取了！

作者：小菠蘿 2020-08-18 07:58:41

反射是一個(gè)非常重要的知識(shí)點(diǎn)，在學(xué)習(xí)Spring 框架時(shí)，Bean的初始化用到了反射，在破壞單例模式時(shí)也用到了反射，在獲取標(biāo)注的注解時(shí)也會(huì)用到反射······

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本文系小菠蘿的投稿

當(dāng)然了，反射在日常開發(fā)中，我們沒碰到過多少，至少我沒怎么用過。但面試是造火箭現(xiàn)場(chǎng)，可愛的面試官們又怎會(huì)輕易地放過我們呢?反射是開源框架中的一個(gè)重要設(shè)計(jì)理念，在源碼分析中少不了它的身影，所以，今天我會(huì)盡量用淺顯易懂的語言，讓你去理解下面這幾點(diǎn)：

(1)反射的思想以及它的作用: 概念篇

(2)反射的基本使用及應(yīng)用場(chǎng)景: 應(yīng)用篇

(3)使用反射能給我們編碼時(shí)帶來的優(yōu)勢(shì)以及存在的缺陷: 分析篇

反射的思想及作用

有反必有正，就像世間的陰和陽，計(jì)算機(jī)的0和1一樣。天道有輪回，蒼天...(凈會(huì)在這瞎bibi)

在學(xué)習(xí)反射之前，先來了解正射是什么。我們平常用的最多的 new 方式實(shí)例化對(duì)象的方式就是一種正射的體現(xiàn)。假如我需要實(shí)例化一個(gè)HashMap，代碼就會(huì)是這樣子。

Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>(); 
map.put(1, 1);

某一天發(fā)現(xiàn)，該段程序不適合用 HashMap 存儲(chǔ)鍵值對(duì)，更傾向于用LinkedHashMap存儲(chǔ)。重新編寫代碼后變成下面這個(gè)樣子。

Map<Integer, Integer> map = new LinkedHashMap<>(); 
map.put(1, 1);

假如又有一天，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)還是適合用 HashMap來存儲(chǔ)，難道又要重新修改源碼嗎?

“發(fā)現(xiàn)問題了嗎?我們每次改變一種需求，都要去重新修改源碼，然后對(duì)代碼進(jìn)行編譯，打包，再到 JVM 上重啟項(xiàng)目。這么些步驟下來，效率非常低。

對(duì)于這種需求頻繁變更但變更不大的場(chǎng)景，頻繁地更改源碼肯定是一種不允許的操作，我們可以使用一個(gè)開關(guān)，判斷什么時(shí)候使用哪一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

public Map<Integer, Integer> getMap(String param) { 
    Map<Integer, Integer> map = null; 
    if (param.equals("HashMap")) { 
        map = new HashMap<>(); 
    } else if (param.equals("LinkedHashMap")) { 
        map = new LinkedHashMap<>(); 
    } else if (param.equals("WeakHashMap")) { 
        map = new WeakHashMap<>(); 
    } 
    return map; 
}

通過傳入?yún)?shù)param決定使用哪一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以在項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)，通過動(dòng)態(tài)傳入?yún)?shù)決定使用哪一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

如果某一天還想用TreeMap，還是避免不了修改源碼，重新編譯執(zhí)行的弊端。這個(gè)時(shí)候，反射就派上用場(chǎng)了。

在代碼運(yùn)行之前，我們不確定將來會(huì)使用哪一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只有在程序運(yùn)行時(shí)才決定使用哪一個(gè)數(shù)據(jù)類，而反射可以在程序運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)獲取類信息和調(diào)用類方法。通過反射構(gòu)造類實(shí)例，代碼會(huì)演變成下面這樣。

public Map<Integer, Integer> getMap(String className) { 
    Class clazz = Class.forName(className); 
    Consructor con = clazz.getConstructor(); 
    return (Map<Integer, Integer>) con.newInstance(); 
}

無論使用什么 Map，只要實(shí)現(xiàn)了Map接口，就可以使用全類名路徑傳入到方法中，獲得對(duì)應(yīng)的 Map 實(shí)例。例如java.util.HashMap / java.util.LinkedHashMap····如果要?jiǎng)?chuàng)建其它類例如WeakHashMap，我也不需要修改上面這段源碼。

我們來回顧一下如何從 new 一個(gè)對(duì)象引出使用反射的。

在不使用反射時(shí)，構(gòu)造對(duì)象使用 new 方式實(shí)現(xiàn)，這種方式在編譯期就可以把對(duì)象的類型確定下來。
如果需求發(fā)生變更，需要構(gòu)造另一個(gè)對(duì)象，則需要修改源碼，非常不優(yōu)雅，所以我們通過使用開關(guān)，在程序運(yùn)行時(shí)判斷需要構(gòu)造哪一個(gè)對(duì)象，在運(yùn)行時(shí)可以變更開關(guān)來實(shí)例化不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
如果還有其它擴(kuò)展的類有可能被使用，就會(huì)創(chuàng)建出非常多的分支，且在編碼時(shí)不知道有什么其他的類被使用到，假如日后Map接口下多了一個(gè)集合類是xxxHashMap，還得創(chuàng)建分支，此時(shí)引出了反射：可以在運(yùn)行時(shí)才確定使用哪一個(gè)數(shù)據(jù)類，在切換類時(shí)，無需重新修改源碼、編譯程序。

第一章總結(jié)：

反射的思想：在程序運(yùn)行過程中確定和解析數(shù)據(jù)類的類型。
反射的作用：對(duì)于在編譯期無法確定使用哪個(gè)數(shù)據(jù)類的場(chǎng)景，通過反射可以在程序運(yùn)行時(shí)構(gòu)造出不同的數(shù)據(jù)類實(shí)例。

反射的基本使用

Java 反射的主要組成部分有4個(gè)：

Class：任何運(yùn)行在內(nèi)存中的所有類都是該 Class 類的實(shí)例對(duì)象，每個(gè) Class 類對(duì)象內(nèi)部都包含了本來的所有信息。記著一句話，通過反射干任何事，先找 Class 準(zhǔn)沒錯(cuò)!
Field：描述一個(gè)類的屬性，內(nèi)部包含了該屬性的所有信息，例如數(shù)據(jù)類型，屬性名，訪問修飾符······
Constructor：描述一個(gè)類的構(gòu)造方法，內(nèi)部包含了構(gòu)造方法的所有信息，例如參數(shù)類型，參數(shù)名字，訪問修飾符······
Method：描述一個(gè)類的所有方法(包括抽象方法)，內(nèi)部包含了該方法的所有信息，與Constructor類似，不同之處是 Method 擁有返回值類型信息，因?yàn)闃?gòu)造方法是沒有返回值的。

我總結(jié)了一張腦圖，放在了下面，如果用到了反射，離不開這核心的4個(gè)類，只有去了解它們內(nèi)部提供了哪些信息，有什么作用，運(yùn)用它們的時(shí)候才能易如反掌。

我們?cè)趯W(xué)習(xí)反射的基本使用時(shí)，我會(huì)用一個(gè)SmallPineapple類作為模板進(jìn)行說明，首先我們先來熟悉這個(gè)類的基本組成：屬性，構(gòu)造函數(shù)和方法

public class SmallPineapple { 
    public String name; 
    public int age; 
    private double weight; // 體重只有自己知道 
     
    public SmallPineapple() {} 
     
    public SmallPineapple(String name, int age) { 
        this.name = name; 
        this.age = age; 
    } 
    public void getInfo() { 
        System.out.print("["+ name + " 的年齡是：" + age + "]"); 
    } 
}

反射中的用法有非常非常多，常見的功能有以下這幾個(gè)：

在運(yùn)行時(shí)獲取一個(gè)類的 Class 對(duì)象
在運(yùn)行時(shí)構(gòu)造一個(gè)類的實(shí)例化對(duì)象
在運(yùn)行時(shí)獲取一個(gè)類的所有信息：變量、方法、構(gòu)造器、注解

獲取類的 Class 對(duì)象

在 Java 中，每一個(gè)類都會(huì)有專屬于自己的 Class 對(duì)象，當(dāng)我們編寫完.java文件后，使用javac編譯后，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)碼文件.class，在字節(jié)碼文件中包含類的所有信息，如屬性，構(gòu)造方法，方法······當(dāng)字節(jié)碼文件被裝載進(jìn)虛擬機(jī)執(zhí)行時(shí)，會(huì)在內(nèi)存中生成 Class 對(duì)象，它包含了該類內(nèi)部的所有信息，在程序運(yùn)行時(shí)可以獲取這些信息。

獲取 Class 對(duì)象的方法有3種：

類名.class：這種獲取方式只有在編譯前已經(jīng)聲明了該類的類型才能獲取到 Class 對(duì)象

Class clazz = SmallPineapple.class;

實(shí)例.getClass()：通過實(shí)例化對(duì)象獲取該實(shí)例的 Class 對(duì)象

SmallPineapple sp = new SmallPineapple(); 
Class clazz = sp.getClass();

Class.forName(className)：通過類的全限定名獲取該類的 Class 對(duì)象

Class clazz = Class.forName("com.bean.smallpineapple");

拿到 Class對(duì)象就可以對(duì)它為所欲為了：剝開它的皮(獲取類信息)、指揮它做事(調(diào)用它的方法)，看透它的一切(獲取屬性)，總之它就沒有隱私了。

不過在程序中，每個(gè)類的 Class 對(duì)象只有一個(gè)，也就是說你只有這一個(gè)奴隸。我們用上面三種方式測(cè)試，通過三種方式打印各個(gè) Class 對(duì)象都是相同的。

Class clazz1 = Class.forName("com.bean.SmallPineapple"); 
Class clazz2 = SmallPineapple.class; 
SmallPineapple instance = new SmallPineapple(); 
Class clazz3 = instance.getClass(); 
System.out.println("Class.forName() == SmallPineapple.class:" + (clazz1 == clazz2)); 
System.out.println("Class.forName() == instance.getClass():" + (clazz1 == clazz3)); 
System.out.println("instance.getClass() == SmallPineapple.class:" + (clazz2 == clazz3));

“內(nèi)存中只有一個(gè) Class 對(duì)象的原因要牽扯到 JVM 類加載機(jī)制的雙親委派模型，它保證了程序運(yùn)行時(shí)，加載類時(shí)每個(gè)類在內(nèi)存中僅會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Class對(duì)象。在這里我不打算詳細(xì)展開說明，可以簡(jiǎn)單地理解為 JVM 幫我們保證了一個(gè)類在內(nèi)存中至多存在一個(gè) Class 對(duì)象。

構(gòu)造類的實(shí)例化對(duì)象

通過反射構(gòu)造一個(gè)類的實(shí)例方式有2種：

Class 對(duì)象調(diào)用newInstance()方法

Class clazz = Class.forName("com.bean.SmallPineapple"); 
SmallPineapple smallPineapple = (SmallPineapple) clazz.newInstance(); 
smallPineapple.getInfo(); 
// [null 的年齡是：0]

即使 SmallPineapple 已經(jīng)顯式定義了構(gòu)造方法，通過 newInstance() 創(chuàng)建的實(shí)例中，所有屬性值都是對(duì)應(yīng)類型的初始值，因?yàn)? newInstance() 構(gòu)造實(shí)例會(huì)調(diào)用默認(rèn)無參構(gòu)造器。

Constructor 構(gòu)造器調(diào)用newInstance()方法

Class clazz = Class.forName("com.bean.SmallPineapple"); 
Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class, int.class); 
constructor.setAccessible(true); 
SmallPineapple smallPineapple2 = (SmallPineapple) constructor.newInstance("小菠蘿", 21); 
smallPineapple2.getInfo(); 
// [小菠蘿 的年齡是：21]

通過 getConstructor(Object... paramTypes) 方法指定獲取指定參數(shù)類型的 Constructor， Constructor 調(diào)用 newInstance(Object... paramValues) 時(shí)傳入構(gòu)造方法參數(shù)的值，同樣可以構(gòu)造一個(gè)實(shí)例，且內(nèi)部屬性已經(jīng)被賦值。

通過Class對(duì)象調(diào)用 newInstance() 會(huì)走默認(rèn)無參構(gòu)造方法，如果想通過顯式構(gòu)造方法構(gòu)造實(shí)例，需要提前從Class中調(diào)用getConstructor()方法獲取對(duì)應(yīng)的構(gòu)造器，通過構(gòu)造器去實(shí)例化對(duì)象。

“這些 API 是在開發(fā)當(dāng)中最常遇到的，當(dāng)然還有非常多重載的方法，本文由于篇幅原因，且如果每個(gè)方法都一一講解，我們也記不住，所以用到的時(shí)候去類里面查找就已經(jīng)足夠了。

獲取一個(gè)類的所有信息

Class 對(duì)象中包含了該類的所有信息，在編譯期我們能看到的信息就是該類的變量、方法、構(gòu)造器，在運(yùn)行時(shí)最常被獲取的也是這些信息。

獲取類中的變量(Field)

Field[] getFields()：獲取類中所有被public修飾的所有變量
Field getField(String name)：根據(jù)變量名獲取類中的一個(gè)變量，該變量必須被public修飾
Field[] getDeclaredFields()：獲取類中所有的變量，但無法獲取繼承下來的變量
Field getDeclaredField(String name)：根據(jù)姓名獲取類中的某個(gè)變量，無法獲取繼承下來的變量

獲取類中的方法(Method)

Method[] getMethods()：獲取類中被public修飾的所有方法
Method getMethod(String name, Class... paramTypes)：根據(jù)名字和參數(shù)類型獲取對(duì)應(yīng)方法，該方法必須被public修飾
Method[] getDeclaredMethods()：獲取所有方法，但無法獲取繼承下來的方法
Method getDeclaredMethod(String name, Class... paramTypes)：根據(jù)名字和參數(shù)類型獲取對(duì)應(yīng)方法，無法獲取繼承下來的方法

獲取類的構(gòu)造器(Constructor)

Constuctor[] getConstructors()：獲取類中所有被public修飾的構(gòu)造器
Constructor getConstructor(Class... paramTypes)：根據(jù)參數(shù)類型獲取類中某個(gè)構(gòu)造器，該構(gòu)造器必須被public修飾
Constructor[] getDeclaredConstructors()：獲取類中所有構(gòu)造器
Constructor getDeclaredConstructor(class... paramTypes)：根據(jù)參數(shù)類型獲取對(duì)應(yīng)的構(gòu)造器

每種功能內(nèi)部以 Declared 細(xì)分為2類：

“有Declared修飾的方法：可以獲取該類內(nèi)部包含的所有變量、方法和構(gòu)造器，但是無法獲取繼承下來的信息無Declared修飾的方法：可以獲取該類中public修飾的變量、方法和構(gòu)造器，可獲取繼承下來的信息

如果想獲取類中**所有的(包括繼承)**變量、方法和構(gòu)造器，則需要同時(shí)調(diào)用getXXXs()和getDeclaredXXXs()兩個(gè)方法，用Set集合存儲(chǔ)它們獲得的變量、構(gòu)造器和方法，以防兩個(gè)方法獲取到相同的東西。

例如：要獲取SmallPineapple獲取類中所有的變量，代碼應(yīng)該是下面這樣寫。

Class clazz = Class.forName("com.bean.SmallPineapple"); 
// 獲取 public 屬性，包括繼承 
Field[] fields1 = clazz.getFields(); 
// 獲取所有屬性，不包括繼承 
Field[] fields2 = clazz.getDeclaredFields(); 
// 將所有屬性匯總到 set 
Set<Field> allFields = new HashSet<>(); 
allFields.addAll(Arrays.asList(fields1)); 
allFields.addAll(Arrays.asList(fields2));

“不知道你有沒有發(fā)現(xiàn)一件有趣的事情，如果父類的屬性用protected修飾，利用反射是無法獲取到的。protected 修飾符的作用范圍：只允許同一個(gè)包下或者子類訪問，可以繼承到子類。getFields() 只能獲取到本類的public屬性的變量值;getDeclaredFields() 只能獲取到本類的所有屬性，不包括繼承的;無論如何都獲取不到父類的 protected 屬性修飾的變量，但是它的的確確存在于子類中。

獲取注解

獲取注解單獨(dú)擰了出來，因?yàn)樗⒉皇菍儆?Class 對(duì)象的一種信息，每個(gè)變量，方法和構(gòu)造器都可以被注解修飾，所以在反射中，F(xiàn)ield，Constructor 和 Method 類對(duì)象都可以調(diào)用下面這些方法獲取標(biāo)注在它們之上的注解。

Annotation[] getAnnotations()：獲取該對(duì)象上的所有注解
Annotation getAnnotation(Class annotaionClass)：傳入注解類型，獲取該對(duì)象上的特定一個(gè)注解
Annotation[] getDeclaredAnnotations()：獲取該對(duì)象上的顯式標(biāo)注的所有注解，無法獲取繼承下來的注解
Annotation getDeclaredAnnotation(Class annotationClass)：根據(jù)注解類型，獲取該對(duì)象上的特定一個(gè)注解，無法獲取繼承下來的注解

只有注解的@Retension標(biāo)注為RUNTIME時(shí)，才能夠通過反射獲取到該注解，@Retension 有3種保存策略：

SOURCE：只在**源文件(.java)**中保存，即該注解只會(huì)保留在源文件中，編譯時(shí)編譯器會(huì)忽略該注解，例如 @Override 注解
CLASS：保存在字節(jié)碼文件(.class)中，注解會(huì)隨著編譯跟隨字節(jié)碼文件中，但是運(yùn)行時(shí)不會(huì)對(duì)該注解進(jìn)行解析
RUNTIME：一直保存到運(yùn)行時(shí)，用得最多的一種保存策略，在運(yùn)行時(shí)可以獲取到該注解的所有信息

像下面這個(gè)例子，SmallPineapple 類繼承了抽象類Pineapple，getInfo()方法上標(biāo)識(shí)有 @Override 注解，且在子類中標(biāo)注了@Transient注解，在運(yùn)行時(shí)獲取子類重寫方法上的所有注解，只能獲取到@Transient的信息。

public abstract class Pineapple { 
    public abstract void getInfo(); 
} 
public class SmallPineapple extends Pineapple { 
    @Transient 
    @Override 
    public void getInfo() { 
        System.out.print("小菠蘿的身高和年齡是:" + height + "cm ; " + age + "歲"); 
    } 
}

啟動(dòng)類Bootstrap獲取 SmallPineapple 類中的 getInfo() 方法上的注解信息：

public class Bootstrap { 
    /** 
     * 根據(jù)運(yùn)行時(shí)傳入的全類名路徑判斷具體的類對(duì)象 
     * @param path 類的全類名路徑 
     */ 
    public static void execute(String path) throws Exception { 
        Class obj = Class.forName(path); 
        Method method = obj.getMethod("getInfo"); 
        Annotation[] annotations = method.getAnnotations(); 
        for (Annotation annotation : annotations) { 
            System.out.println(annotation.toString()); 
        } 
    } 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        execute("com.pineapple.SmallPineapple"); 
    } 
} 
// @java.beans.Transient(value=true)

通過反射調(diào)用方法

通過反射獲取到某個(gè) Method 類對(duì)象后，可以通過調(diào)用invoke方法執(zhí)行。

invoke(Oject obj, Object... args)：參數(shù)``1指定調(diào)用該方法的**對(duì)象**，參數(shù)2`是方法的參數(shù)列表值。

如果調(diào)用的方法是靜態(tài)方法，參數(shù)1只需要傳入null，因?yàn)殪o態(tài)方法不與某個(gè)對(duì)象有關(guān)，只與某個(gè)類有關(guān)。

可以像下面這種做法，通過反射實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，然后獲取Method方法對(duì)象，調(diào)用invoke()指定SmallPineapple的getInfo()方法。

Class clazz = Class.forName("com.bean.SmallPineapple"); 
Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class, int.class); 
constructor.setAccessible(true); 
SmallPineapple sp = (SmallPineapple) constructor.newInstance("小菠蘿", 21); 
Method method = clazz.getMethod("getInfo"); 
if (method != null) { 
    method.invoke(sp, null); 
} 
// [小菠蘿的年齡是：21]

反射的應(yīng)用場(chǎng)景

反射常見的應(yīng)用場(chǎng)景這里介紹3個(gè)：

Spring 實(shí)例化對(duì)象：當(dāng)程序啟動(dòng)時(shí)，Spring 會(huì)讀取配置文件applicationContext.xml并解析出里面所有的標(biāo)簽實(shí)例化到IOC容器中。
反射 + 工廠模式：通過反射消除工廠中的多個(gè)分支，如果需要生產(chǎn)新的類，無需關(guān)注工廠類，工廠類可以應(yīng)對(duì)各種新增的類，反射可以使得程序更加健壯。
JDBC連接數(shù)據(jù)庫(kù)：使用JDBC連接數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，指定連接數(shù)據(jù)庫(kù)的驅(qū)動(dòng)類時(shí)用到反射加載驅(qū)動(dòng)類

Spring 的 IOC 容器

在 Spring 中，經(jīng)常會(huì)編寫一個(gè)上下文配置文件applicationContext.xml，里面就是關(guān)于bean的配置，程序啟動(dòng)時(shí)會(huì)讀取該 xml 文件，解析出所有的標(biāo)簽，并實(shí)例化對(duì)象放入IOC容器中。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> 
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans" 
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd"> 
    <bean id="smallpineapple" class="com.bean.SmallPineapple"> 
        <constructor-arg type="java.lang.String" value="小菠蘿"/> 
        <constructor-arg type="int" value="21"/> 
    </bean> 
</beans>

在定義好上面的文件后，通過ClassPathXmlApplicationContext加載該配置文件，程序啟動(dòng)時(shí)，Spring 會(huì)將該配置文件中的所有bean都實(shí)例化，放入 IOC 容器中，IOC 容器本質(zhì)上就是一個(gè)工廠，通過該工廠傳入標(biāo)簽的id屬性獲取到對(duì)應(yīng)的實(shí)例。

public class Main { 
    public static void main(String[] args) { 
        ApplicationContext ac = 
                new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml"); 
        SmallPineapple smallPineapple = (SmallPineapple) ac.getBean("smallpineapple"); 
        smallPineapple.getInfo(); // [小菠蘿的年齡是：21] 
    } 
}

Spring 在實(shí)例化對(duì)象的過程經(jīng)過簡(jiǎn)化之后，可以理解為反射實(shí)例化對(duì)象的步驟：

獲取Class對(duì)象的構(gòu)造器
通過構(gòu)造器調(diào)用 newInstance() 實(shí)例化對(duì)象

當(dāng)然 Spring 在實(shí)例化對(duì)象時(shí)，做了非常多額外的操作，才能夠讓現(xiàn)在的開發(fā)足夠的便捷且穩(wěn)定。

“在之后的文章中會(huì)專門寫一篇文章講解如何利用反射實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)易版的IOC容器，IOC容器原理很簡(jiǎn)單，只要掌握了反射的思想，了解反射的常用 API 就可以實(shí)現(xiàn)，我可以提供一個(gè)簡(jiǎn)單的思路：利用 HashMap 存儲(chǔ)所有實(shí)例，key 代表標(biāo)簽的 id，value 存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的實(shí)例，這對(duì)應(yīng)了 Spring IOC容器管理的對(duì)象默認(rèn)是單例的。

反射 + 抽象工廠模式

傳統(tǒng)的工廠模式，如果需要生產(chǎn)新的子類，需要修改工廠類，在工廠類中增加新的分支;

public class MapFactory { 
    public Map<Object, object> produceMap(String name) { 
        if ("HashMap".equals(name)) { 
            return new HashMap<>(); 
        } else if ("TreeMap".equals(name)) { 
            return new TreeMap<>(); 
        } // ··· 
    } 
}

利用反射和工廠模式相結(jié)合，在產(chǎn)生新的子類時(shí)，工廠類不用修改任何東西，可以專注于子類的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)子類確定下來時(shí)，工廠也就可以生產(chǎn)該子類了。

反射 + 抽象工廠的核心思想是：

在運(yùn)行時(shí)通過參數(shù)傳入不同子類的全限定名獲取到不同的 Class 對(duì)象，調(diào)用 newInstance() 方法返回不同的子類。細(xì)心的讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)提到了子類這個(gè)概念，所以反射 + 抽象工廠模式，一般會(huì)用于有繼承或者接口實(shí)現(xiàn)關(guān)系。

例如，在運(yùn)行時(shí)才確定使用哪一種 Map 結(jié)構(gòu)，我們可以利用反射傳入某個(gè)具體 Map 的全限定名，實(shí)例化一個(gè)特定的子類。

public class MapFactory { 
    /** 
     * @param className 類的全限定名 
     */ 
    public Map<Object, Object> produceMap(String className) { 
        Class clazz = Class.forName(className); 
        Map<Object, Object> map = clazz.newInstance(); 
        return map; 
    } 
}

className 可以指定為 java.util.HashMap，或者 java.util.TreeMap 等等，根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景來定。

JDBC 加載數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)類

在導(dǎo)入第三方庫(kù)時(shí)，JVM不會(huì)主動(dòng)去加載外部導(dǎo)入的類，而是等到真正使用時(shí)，才去加載需要的類，正是如此，我們可以在獲取數(shù)據(jù)庫(kù)連接時(shí)傳入驅(qū)動(dòng)類的全限定名，交給 JVM 加載該類。

public class DBConnectionUtil { 
    /** 指定數(shù)據(jù)庫(kù)的驅(qū)動(dòng)類 */ 
    private static final String DRIVER_CLASS_NAME = "com.mysql.jdbc.Driver"; 
     
    public static Connection getConnection() { 
        Connection conn = null; 
        // 加載驅(qū)動(dòng)類 
        Class.forName(DRIVER_CLASS_NAME); 
        // 獲取數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象 
        conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://···", "root", "root"); 
        return conn; 
    } 
}

在我們開發(fā) SpringBoot 項(xiàng)目時(shí)，會(huì)經(jīng)常遇到這個(gè)類，但是可能習(xí)慣成自然了，就沒多大在乎，我在這里給你們看看常見的application.yml中的數(shù)據(jù)庫(kù)配置，我想你應(yīng)該會(huì)恍然大悟吧。

這里的 driver-class-name，和我們一開始加載的類是不是覺得很相似，這是因?yàn)镸ySQL版本不同引起的驅(qū)動(dòng)類不同，這體現(xiàn)使用反射的好處：不需要修改源碼，僅加載配置文件就可以完成驅(qū)動(dòng)類的替換。

“在之后的文章中會(huì)專門寫一篇文章詳細(xì)地介紹反射的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的IOC容器以及通過反射實(shí)現(xiàn)工廠模式的好處。在這里，你只需要掌握反射的基本用法和它的思想，了解它的主要使用場(chǎng)景。

反射的優(yōu)勢(shì)及缺陷

反射的優(yōu)點(diǎn)：

增加程序的靈活性：面對(duì)需求變更時(shí)，可以靈活地實(shí)例化不同對(duì)象

但是，有得必有失，一項(xiàng)技術(shù)不可能只有優(yōu)點(diǎn)沒有缺點(diǎn)，反射也有兩個(gè)比較隱晦的缺點(diǎn)：

破壞類的封裝性：可以強(qiáng)制訪問 private 修飾的信息
性能損耗：反射相比直接實(shí)例化對(duì)象、調(diào)用方法、訪問變量，中間需要非常多的檢查步驟和解析步驟，JVM無法對(duì)它們優(yōu)化。

增加程序的靈活性

這里不再用 SmallPineapple 舉例了，我們來看一個(gè)更加貼近開發(fā)的例子：

利用反射連接數(shù)據(jù)庫(kù)，涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)源。在 SpringBoot 中一切約定大于配置，想要定制配置時(shí)，使用application.properties配置文件指定數(shù)據(jù)源

角色1 - Java的設(shè)計(jì)者：我們?cè)O(shè)計(jì)好DataSource接口，你們其它數(shù)據(jù)庫(kù)廠商想要開發(fā)者用你們的數(shù)據(jù)源監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，就得實(shí)現(xiàn)我的這個(gè)接口!

角色2 - 數(shù)據(jù)庫(kù)廠商：

MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)廠商：我們提供了 com.mysql.cj.jdbc.MysqlDataSource 數(shù)據(jù)源，開發(fā)者可以使用它連接 MySQL。
阿里巴巴廠商：我們提供了 com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource 數(shù)據(jù)源，我這個(gè)數(shù)據(jù)源更牛逼，具有頁面監(jiān)控，慢SQL日志記錄等功能，開發(fā)者快來用它監(jiān)控 MySQL吧!
SQLServer 廠商：我們提供了 com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQLServerDataSource數(shù)據(jù)源，如果你想實(shí)用SQL Server 作為數(shù)據(jù)庫(kù)，那就使用我們的這個(gè)數(shù)據(jù)源連接吧

角色3 - 開發(fā)者：我們可以用配置文件指定使用DruidDataSource數(shù)據(jù)源

spring.datasource.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource

需求變更：某一天，老板來跟我們說，Druid 數(shù)據(jù)源不太符合我們現(xiàn)在的項(xiàng)目了，我們使用MysqlDataSource 吧，然后程序猿就會(huì)修改配置文件，重新加載配置文件，并重啟項(xiàng)目，完成數(shù)據(jù)源的切換。

spring.datasource.type=com.mysql.cj.jdbc.MysqlDataSource

在改變連接數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)源時(shí)，只需要改變配置文件即可，無需改變?nèi)魏未a，原因是：

Spring Boot 底層封裝好了連接數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)源配置，利用反射，適配各個(gè)數(shù)據(jù)源。

下面來簡(jiǎn)略的進(jìn)行源碼分析。我們用ctrl+左鍵點(diǎn)擊spring.datasource.type進(jìn)入 DataSourceProperties 類中，發(fā)現(xiàn)使用setType() 將全類名轉(zhuǎn)化為 Class 對(duì)象注入到type成員變量當(dāng)中。在連接并監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，就會(huì)使用指定的數(shù)據(jù)源操作。

private Class<? extends DataSource> type; 
 
public void setType(Class<? extends DataSource> type) { 
    this.type = type; 
}

Class對(duì)象指定了泛型上界DataSource，我們?nèi)タ匆幌赂鞔髷?shù)據(jù)源的類圖結(jié)構(gòu)。

上圖展示了一部分?jǐn)?shù)據(jù)源，當(dāng)然不止這些，但是我們可以看到，無論指定使用哪一種數(shù)據(jù)源，我們都只需要與配置文件打交道，而無需更改源碼，這就是反射的靈活性!

破壞類的封裝性

很明顯的一個(gè)特點(diǎn)，反射可以獲取類中被private修飾的變量、方法和構(gòu)造器，這違反了面向?qū)ο蟮姆庋b特性，因?yàn)楸?private 修飾意味著不想對(duì)外暴露，只允許本類訪問，而setAccessable(true)可以無視訪問修飾符的限制，外界可以強(qiáng)制訪問。

還記得單例模式一文嗎?里面講到反射破壞餓漢式和懶漢式單例模式，所以之后用了枚舉避免被反射KO。

回到最初的起點(diǎn)，SmallPineapple 里有一個(gè) weight 屬性被 private 修飾符修飾，目的在于自己的體重并不想給外界知道。

public class SmallPineapple { 
    public String name; 
    public int age; 
    private double weight; // 體重只有自己知道 
     
    public SmallPineapple(String name, int age, double weight) { 
        this.name = name; 
        this.age = age; 
        this.weight = weight; 
    } 
     
}

雖然 weight 屬性理論上只有自己知道，但是如果經(jīng)過反射，這個(gè)類就像在裸奔一樣，在反射面前變得一覽無遺。

SmallPineapple sp = new SmallPineapple("小菠蘿", 21, "54.5"); 
Clazz clazz = Class.forName(sp.getClass()); 
Field weight = clazz.getDeclaredField("weight"); 
weight.setAccessable(true); 
System.out.println("窺覷到小菠蘿的體重是：" + weight.get(sp)); 
// 窺覷到小菠蘿的體重是：54.5 kg

性能損耗

在直接 new 對(duì)象并調(diào)用對(duì)象方法和訪問屬性時(shí)，編譯器會(huì)在編譯期提前檢查可訪問性，如果嘗試進(jìn)行不正確的訪問，IDE會(huì)提前提示錯(cuò)誤，例如參數(shù)傳遞類型不匹配，非法訪問 private 屬性和方法。

“而在利用反射操作對(duì)象時(shí)，編譯器無法提前得知對(duì)象的類型，訪問是否合法，參數(shù)傳遞類型是否匹配。只有在程序運(yùn)行時(shí)調(diào)用反射的代碼時(shí)才會(huì)從頭開始檢查、調(diào)用、返回結(jié)果，JVM也無法對(duì)反射的代碼進(jìn)行優(yōu)化。

雖然反射具有性能損耗的特點(diǎn)，但是我們不能一概而論，產(chǎn)生了使用反射就會(huì)性能下降的思想，反射的慢，需要同時(shí)調(diào)用上100W次才可能體現(xiàn)出來，在幾次、幾十次的調(diào)用，并不能體現(xiàn)反射的性能低下。所以不要一味地戴有色眼鏡看反射，在單次調(diào)用反射的過程中，性能損耗可以忽略不計(jì)。如果程序的性能要求很高，那么盡量不要使用反射。

反射基礎(chǔ)篇文末總結(jié)

反射的思想：反射就像是一面鏡子一樣，在運(yùn)行時(shí)才看到自己是誰，可獲取到自己的信息，甚至實(shí)例化對(duì)象。
反射的作用：在運(yùn)行時(shí)才確定實(shí)例化對(duì)象，使程序更加健壯，面對(duì)需求變更時(shí)，可以最大程度地做到不修改程序源碼應(yīng)對(duì)不同的場(chǎng)景，實(shí)例化不同類型的對(duì)象。
反射的應(yīng)用場(chǎng)景常見的有3個(gè)：Spring的 IOC 容器，反射+工廠模式使工廠類更穩(wěn)定，JDBC連接數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)加載驅(qū)動(dòng)類
反射的3個(gè)特點(diǎn)：增加程序的靈活性、破壞類的封裝性以及性能損耗

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