`

学习Spring框架的技术内幕

    博客分类:
  • java
阅读更多

引述要学习Spring框架的技术内幕,必须事先掌握一些基本的Java知识,正所谓“登高必自卑,涉远必自迩”。以下几项Java知识和Spring框架息息相关,不可不学(我将通过一个系列分别介绍这些Java基础知识,希望对大家有所帮助。):
[1] Java反射知识-->Spring IoC
[2] 属性编辑器,即PropertyEditor-->Spring IoC
[3] Java动态代理-->Spring AOP
[4] 线程本地变量,即ThreadLocal-->Spring事务管理


    Java语言允许通过程序化的方式间接对Class进行操作,Class文件由类装载器装载后,在JVM中将形成一份描述Class结构的元信息对象,通过该元信息对象可以获知Class的结构信息:如构造函数、属性和方法等。Java允许用户借由这个Class相关的元信息对象间接调用Class对象的功能,这就为使用程序化方式操作Class对象开辟了途径。

简单实例

    我们将从一个简单例子开始探访Java反射机制的征程,下面的Car类拥有两个构造函数、两个方法以及三个属性,如代码清单3-9所示:

代码清单3-9  Car

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. package com.baobaotao.reflect;   
  2. public class Car {   
  3.     private String brand;   
  4.     private String color;   
  5.     private int maxSpeed;   
  6.        
  7.      //①默认构造函数   
  8.     public Car(){}   
  9.         
  10.      //②带参构造函数   
  11.     public Car(String brand,String color,int maxSpeed){    
  12.         this.brand = brand;   
  13.         this.color = color;   
  14.         this.maxSpeed = maxSpeed;   
  15.     }   
  16.   
  17.      //③未带参的方法   
  18.     public void introduce() {    
  19.        System.out.println("brand:"+brand+";color:"+color+";maxSpeed:" +maxSpeed);   
  20.     }   
  21.      //省略参数的getter/Setter方法   
  22.      …   
  23. }  
package com.baobaotao.reflect;
public class Car {
	private String brand;
	private String color;
	private int maxSpeed;
    
     //①默认构造函数
	public Car(){}
     
     //②带参构造函数
	public Car(String brand,String color,int maxSpeed){ 
		this.brand = brand;
		this.color = color;
		this.maxSpeed = maxSpeed;
	}

     //③未带参的方法
	public void introduce() { 
       System.out.println("brand:"+brand+";color:"+color+";maxSpeed:" +maxSpeed);
	}
     //省略参数的getter/Setter方法
     …
}


一般情况下,我们会使用如下的代码创建Car的实例:

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. Car car = new Car();   
  2. car.setBrand("红旗CA72");  
Car car = new Car();
car.setBrand("红旗CA72");


或者:

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. Car car = new Car("红旗CA72","黑色");  
Car car = new Car("红旗CA72","黑色");



以上两种方法都采用传统方式的直接调用目标类的方法,下面我们通过Java反射机制以一种更加通用的方式间接地操作目标类:

代码清单3-10  ReflectTest

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. package com.baobaotao. reflect;   
  2. import java.lang.reflect.Constructor;   
  3. import java.lang.reflect.Field;   
  4. import java.lang.reflect.Method;   
  5. public class ReflectTest {   
  6.     public static Car  initByDefaultConst() throws Throwable   
  7.     {   
  8.         //①通过类装载器获取Car类对象   
  9.         ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();    
  10.         Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.Car");    
  11.            
  12.           //②获取类的默认构造器对象并通过它实例化Car   
  13.         Constructor cons = clazz.getDeclaredConstructor((Class[])null);    
  14.         Car car = (Car)cons.newInstance();   
  15.            
  16.             
  17.           //③通过反射方法设置属性   
  18.         Method setBrand = clazz.getMethod("setBrand",String.class);           
  19.         setBrand.invoke(car,"红旗CA72");         
  20.         Method setColor = clazz.getMethod("setColor",String.class);   
  21.         setColor.invoke(car,"黑色");         
  22.         Method setMaxSpeed = clazz.getMethod("setMaxSpeed",int.class);   
  23.         setMaxSpeed.invoke(car,200);           
  24.         return car;   
  25.     }   
  26.   
  27.     public static void main(String[] args) throws Throwable {   
  28.         Car car = initByDefaultConst();   
  29.         car.introduce();   
  30.     }   
  31. }  
package com.baobaotao. reflect;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
public class ReflectTest {
	public static Car  initByDefaultConst() throws Throwable
	{
		//①通过类装载器获取Car类对象
		ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); 
		Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.Car"); 
		
          //②获取类的默认构造器对象并通过它实例化Car
		Constructor cons = clazz.getDeclaredConstructor((Class[])null); 
		Car car = (Car)cons.newInstance();
		
         
          //③通过反射方法设置属性
		Method setBrand = clazz.getMethod("setBrand",String.class);	       
		setBrand.invoke(car,"红旗CA72");		
		Method setColor = clazz.getMethod("setColor",String.class);
		setColor.invoke(car,"黑色");		
		Method setMaxSpeed = clazz.getMethod("setMaxSpeed",int.class);
		setMaxSpeed.invoke(car,200);		
		return car;
	}

	public static void main(String[] args) throws Throwable {
		Car car = initByDefaultConst();
		car.introduce();
	}
}


运行以上程序,在控制台上将打印出以下信息:

引用
brand:红旗CA72;color:黑色;maxSpeed:200



这说明我们完全可以通过编程方式调用Class的各项功能,这和直接通过构造函数和方法调用类功能的效果是一致的,只不过前者是间接调用,后者是直接调用罢了。

在ReflectTest中,使用了几个重要的反射类,分别是ClassLoader、Class、Constructor和Method,通过这些反射类就可以间接调用目标Class的各项功能了。在①处,我们获取当前线程的ClassLoader,然后通过指定的全限定类“com.baobaotao.beans.Car”装载Car类对应的反射实例。在②处,我们通过Car的反射类对象获取Car的构造函数对象cons,通过构造函数对象的newInstrance()方法实例化Car对象,其效果等同于new Car()。在③处,我们又通过Car的反射类对象的getMethod(String methodName,Class paramClass)获取属性的Setter方法对象,第一个参数是目标Class的方法名;第二个参数是方法入参的对象类型。获取方法反射对象后,即可通过invoke(Object obj,Object param)方法调用目标类的方法,该方法的第一个参数是操作的目标类对象实例;第二个参数是目标方法的入参。

在代码清单3 10中,粗体所示部分的信息即是通过反射方法操控目标类的元信息,如果我们将这些信息以一个配置文件的方式提供,就可以使用Java语言的反射功能编写一段通用的代码对类似于Car的类进行实例化及功能调用操作了。

类装载器ClassLoader

类装载器工作机制

类装载器就是寻找类的节码文件并构造出类在JVM内部表示对象的组件。在Java中,类装载器把一个类装入JVM中,要经过以下步骤:


    [1.]装载:查找和导入Class文件;
    [2.]链接:执行校验、准备和解析步骤,其中解析步骤是可以选择的:
        [2.1]校验:检查载入Class文件数据的正确性;
        [2.2]准备:给类的静态变量分配存储空间;
        [2.3]解析:将符号引用转成直接引用;
    [3.]初始化:对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作。


类装载工作由ClassLoader及其子类负责,ClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件,它负责在运行时查找和装入Class字节码文件。JVM在运行时会产生三个ClassLoader:根装载器、ExtClassLoader(扩展类装载器)和AppClassLoader(系统类装载器)。其中,根装载器不是ClassLoader的子类,它使用C++编写,因此我们在Java中看不到它,根装载器负责装载JRE的核心类库,如JRE目标下的rt.jar、charsets.jar等。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类。其中ExtClassLoader负责装载JRE扩展目录ext中的JAR类包;AppClassLoader负责装载Classpath路径下的类包。

这三个类装载器之间存在父子层级关系,即根装载器是ExtClassLoader的父装载器,ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。默认情况下,使用AppClassLoader装载应用程序的类,我们可以做一个实验:

代码清单3-11  ClassLoaderTest

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. public class ClassLoaderTest {   
  2.     public static void main(String[] args) {   
  3.         ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();   
  4.         System.out.println("current loader:"+loader);   
  5.         System.out.println("parent loader:"+loader.getParent());   
  6.         System.out.println("grandparent loader:"+loader.getParent(). getParent());   
  7.     }   
  8. }  
public class ClassLoaderTest {
	public static void main(String[] args) {
		ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
		System.out.println("current loader:"+loader);
		System.out.println("parent loader:"+loader.getParent());
		System.out.println("grandparent loader:"+loader.getParent(). getParent());
	}
}


运行以上代码,在控制台上将打出以下信息:

引用
current loader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@131f71a
parent loader:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15601ea
     //①根装载器在Java中访问不到,所以返回null
grandparent loader:null



通过以上的输出信息,我们知道当前的ClassLoader是AppClassLoader,父ClassLoader是ExtClassLoader,祖父ClassLoader是根类装载器,因为在Java中无法获得它的句柄,所以仅返回null。

JVM装载类时使用“全盘负责委托机制”,“全盘负责”是指当一个ClassLoader装载一个类的时,除非显式地使用另一个ClassLoader,该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoader载入;“委托机制”是指先委托父装载器寻找目标类,只有在找不到的情况下才从自己的类路径中查找并装载目标类。这一点是从安全角度考虑的,试想如果有人编写了一个恶意的基础类(如java.lang.String)并装载到JVM中将会引起多么可怕的后果。但是由于有了“全盘负责委托机制”,java.lang.String永远是由根装载器来装载的,这样就避免了上述事件的发生。

ClassLoader重要方法

在Java中,ClassLoader是一个抽象类,位于java.lang包中。下面对该类的一些重要接口方法进行介绍:

  •   Class loadClass(String name)
  •     name参数指定类装载器需要装载类的名字,必须使用全限定类名,如com.baobaotao. beans.Car。该方法有一个重载方法loadClass(String name ,boolean resolve),resolve参数告诉类装载器是否需要解析该类。在初始化类之前,应考虑进行类解析的工作,但并不是所有的类都需要解析,如果JVM只需要知道该类是否存在或找出该类的超类,那么就不需要进行解析。
  • Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)
  •    将类文件的字节数组转换成JVM内部的java.lang.Class对象。字节数组可以从本地文件系统、远程网络获取。name为字节数组对应的全限定类名。
  •   Class findSystemClass(String name)
  •    从本地文件系统载入Class文件,如果本地文件系统不存在该Class文件,将抛出ClassNotFoundException异常。该方法是JVM默认使用的装载机制。
  •   Class findLoadedClass(String name)
  •   调用该方法来查看ClassLoader是否已装入某个类。如果已装入,那么返回java.lang.Class对象,否则返回null。如果强行装载已存在的类,将会抛出链接错误。
  •   ClassLoader getParent()
  •    获取类装载器的父装载器,除根装载器外,所有的类装载器都有且仅有一个父装载器,ExtClassLoader的父装载器是根装载器,因为根装载器非Java编写,所以无法获得,将返回null。


除JVM默认的三个ClassLoader以外,可以编写自己的第三方类装载器,以实现一些特殊的需求。类文件被装载并解析后,在JVM内将拥有一个对应的java.lang.Class类描述对象,该类的实例都拥有指向这个类描述对象的引用,而类描述对象又拥有指向关联ClassLoader的引用,如图3-4所示。



每一个类在JVM中都拥有一个对应的java.lang.Class对象,它提供了类结构信息的描述。数组、枚举、注解以及基本Java类型(如int、double等),甚至void都拥有对应的Class对象。Class没有public的构造方法。Class对象是在装载类时由JVM通过调用类装载器中的defineClass()方法自动构造的。

Java反射机制

Class反射对象描述类语义结构,可以从Class对象中获取构造函数、成员变量、方法类等类元素的反射对象,并以编程的方式通过这些反射对象对目标类对象进行操作。这些反射对象类在java.reflect包中定义,下面是最主要的三个反射类:

  •   Constructor:类的构造函数反射类,通过Class#getConstructors()方法可以获得类的所有构造函数反射对象数组。在JDK5.0中,还可以通过getConstructor(Class... parameterTypes)获取拥有特定入参的构造函数反射对象。Constructor的一个主要方法是newInstance(Object[] initargs),通过该方法可以创建一个对象类的实例,相当于new关键字。在JDK5.0中该方法演化为更为灵活的形式:newInstance (Object... initargs)。
  •   Method:类方法的反射类,通过Class#getDeclaredMethods()方法可以获取类的所有方法反射类对象数组Method[]。在JDK5.0中可以通过getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes)获取特定签名的方法,name为方法名;Class...为方法入参类型列表。Method最主要的方法是invoke(Object obj, Object[] args),obj表示操作的目标对象;args为方法入参,代码清单3 10③处演示了这个反射类的使用方法。在JDK 5.0中,该方法的形式调整为invoke(Object obj, Object... args)。此外,Method还有很多用于获取类方法更多信息的方法:
  •       1)Class getReturnType():获取方法的返回值类型;
          2)Class[] getParameterTypes():获取方法的入参类型数组;
          3)Class[] getExceptionTypes():获取方法的异常类型数组;
          4)Annotation[][] getParameterAnnotations():获取方法的注解信息,JDK 5.0中的新方法;
  •   Field:类的成员变量的反射类,通过Class#getDeclaredFields()方法可以获取类的成员变量反射对象数组,通过Class#getDeclaredField(String name)则可获取某个特定名称的成员变量反射对象。Field类最主要的方法是set(Object obj, Object value),obj表示操作的目标对象,通过value为目标对象的成员变量设置值。如果成员变量为基础类型,用户可以使用Field类中提供的带类型名的值设置方法,如setBoolean(Object obj, boolean value)、setInt(Object obj, int value)等。


此外,Java还为包提供了Package反射类,在JDK 5.0中还为注解提供了AnnotatedElement反射类。总之,Java的反射体系保证了可以通过程序化的方式访问目标类中所有的元素,对于private或protected的成员变量和方法,只要JVM的安全机制允许,也可以通过反射进行调用,请看下面的例子:

代码清单3-12  PrivateCarReflect

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. package com.baobaotao.reflect;   
  2. public class PrivateCar {   
  3.        //①private成员变量:使用传统的类实例调用方式,只能在本类中访问   
  4.    private String color;    
  5.         //②protected方法:使用传统的类实例调用方式,只能在子类和本包中访问   
  6.    protected void drive(){   
  7.           
  8. System.out.println("drive private car! the color is:"+color);   
  9.    }   
  10. }  
package com.baobaotao.reflect;
public class PrivateCar {
       //①private成员变量:使用传统的类实例调用方式,只能在本类中访问
   private String color; 
        //②protected方法:使用传统的类实例调用方式,只能在子类和本包中访问
   protected void drive(){
	   
System.out.println("drive private car! the color is:"+color);
   }
}


color变量和drive()方法都是私有的,通过类实例变量无法在外部访问私有变量、调用私有方法的,但通过反射机制却可以绕过这个限制:

代码清单3-13  PrivateCarReflect

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. …   
  2. public class PrivateCarReflect {   
  3.    public static void main(String[] args) throws Throwable{   
  4.        ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();   
  5.        Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.PrivateCar");   
  6.        PrivateCar pcar = (PrivateCar)clazz.newInstance();   
  7.           
  8.        Field colorFld = clazz.getDeclaredField("color");   
  9.         //①取消Java语言访问检查以访问private变量   
  10.        colorFld.setAccessible(true);    
  11.        colorFld.set(pcar,"红色");   
  12.           
  13.        Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive",(Class[])null);   
  14.         //Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive"); JDK5.0下使用   
  15.           
  16.         //②取消Java语言访问检查以访问protected方法   
  17.        driveMtd.setAccessible(true);    
  18.         driveMtd.invoke(pcar,(Object[])null);   
  19.   }   
  20. }  
…
public class PrivateCarReflect {
   public static void main(String[] args) throws Throwable{
	   ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
	   Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.reflect.PrivateCar");
	   PrivateCar pcar = (PrivateCar)clazz.newInstance();
	   
	   Field colorFld = clazz.getDeclaredField("color");
        //①取消Java语言访问检查以访问private变量
	   colorFld.setAccessible(true); 
	   colorFld.set(pcar,"红色");
	   
	   Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive",(Class[])null);
        //Method driveMtd = clazz.getDeclaredMethod("drive"); JDK5.0下使用
       
        //②取消Java语言访问检查以访问protected方法
	   driveMtd.setAccessible(true); 
        driveMtd.invoke(pcar,(Object[])null);
  }
}


运行该类,打印出以下信息:

引用
drive private car! the color is:红色



在访问private、protected成员变量和方法时必须通过setAccessible(boolean access)方法取消Java语言检查,否则将抛出IllegalAccessException。如果JVM的安全管理器设置了相应的安全机制,调用该方法将抛出SecurityException。

这些文章摘自于我的《Spring 3.x企业应用开发实战》,我将通过连载的方式,陆续在此发出。欢迎大家讨论。

分享到:
评论

相关推荐

    spring技术内幕第2版深入解析spring架构与设计原理

    在深入解析Spring技术内幕第2版中,会详细探讨Spring框架的核心架构与设计原理,Spring作为一个轻量级的Java平台,提供了全面的编程和配置模型,是企业级Java应用程序开发中广泛使用的技术之一。 Spring的核心特性...

    Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理.pdf

    Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理 Spring技术内幕 Spring是一个基于Java的开源框架,旨在简化Java企业应用的开发。Spring的目标是提供一个简洁、灵活、可扩展的框架,以帮助开发者快速构建企业级...

    Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理(第2版) .pdf

    《Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理(第2版)》这本书主要聚焦于Spring框架的核心架构和技术细节,帮助读者全面理解Spring的工作机制、设计理念以及实现方式。下面将根据书名及其描述来展开相关知识点。 ...

    SPRING3技术内幕

    你不仅能从木书中参透Spring框架的优秀架构和设计思想,而且还能从Spring优雅的实现源码中一窥Java语言的精髓。此外,《Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理》还展示了阅读源代码的卓越方法,不仅授你以鱼...

    Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理(第2版)+.pdf

    根据提供的文件标题“Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理(第2版)”和描述,我们可以了解到这是一本深入探讨Spring框架内部架构和技术细节的专业书籍。虽然标签中出现了“oracle”,但从标题和描述来看,...

    Spring技术内幕 学习笔记

    《Spring技术内幕 学习笔记》是一份深入探讨Spring框架核心机制的学习资料,结合作者zzc1684在iteye博客上的博文,我们可以从中学习到Spring框架的多个重要知识点。Spring作为Java企业级应用开发的基石,其设计思想...

    SPRING 技术内幕 PDF(高清版)

    《Spring技术内幕》是一本深度剖析Spring框架架构...通过阅读《Spring技术内幕》,读者不仅能够理解Spring框架的底层实现,还能学习到如何更高效地使用Spring进行实际项目开发,提升自身在Java和Spring领域的专业素养。

    Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理[汇编].pdf

    Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理 Spring是Java企业应用开发的主要框架之一,其架构和设计原理对Java开发者具有重要影响。本文将深入解析Spring架构和设计原理,对Spring的核心概念、架构设计和关键...

    spring技术内幕2目录书签

    《Spring技术内幕》是一本深度剖析Spring框架内部工作机制的专业书籍,旨在帮助读者深入理解Spring的工作原理,提升在实际开发中的应用水平。书签目录通常包含了书籍的主要章节和内容概述,对于学习者来说,是一个...

    Spring技术内幕:深入解析 Spring架构与设计原理.pdf

    你不仅能从本书中参透Spring框架的优秀架构和设计思想,还能从Spring优雅的实现源码中一窥Java语言的精髓。本书在开篇之前对Spring的设计理念和整体架构进行了全面的介绍,能让读者从宏观上厘清Spring各个功能模块...

    Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理

    你不仅能从本书中参透Spring框架的出色架构和设计思想,还能从Spring优雅的实现源码中一窥Java语言的精髓。本书在开篇之前对Spring的设计理念和整体架构进行了全面的介绍,能让读者从宏观上厘清Spring各个功能模块...

    SPRING技术内幕:深入解析SPRING架构与设计原理.pdf 下载

    根据提供的标题和描述,我们可以深入探讨Spring框架的核心架构与设计原理。...对于希望深入了解Spring架构与设计原理的学习者来说,《SPRING技术内幕:深入解析SPRING架构与设计原理》这本书是一个非常宝贵的资源。

    SPRING技术内幕:深入解析SPRING架构与设计原理_spring_

    《SPRING技术内幕:深入解析SPRING架构与设计原理》这本书深入探讨了Spring框架的核心机制、设计理念以及在实际开发中的应用。Spring作为Java领域最流行的轻量级框架,它的广泛应用和强大功能使得深入理解其工作原理...

    Spring 技术内幕高清版本

    《Spring技术内幕》是一本深度剖析Spring框架的专业书籍,它为Java程序员、Spring开发者、平台开发人员、系统架构师以及热衷于开源软件源代码研究的程序员提供了宝贵的资源。本书详细讲解了Spring的核心机制和设计...

    Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理(第2部分)

    你不仅能从木书中参透Spring框架的优秀架构和设计思想,而且还能从Spring优雅的实现源码中一窥Java语言的精髓。此外,《Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理》还展示了阅读源代码的卓越方法,不仅授你以鱼...

    《Spring技术内幕》

    《Spring技术内幕》这本书深入浅出地解析了Spring框架的内部运作机制,涵盖了Spring核心功能和相关组件的设计与实现。Spring框架是一个开源的Java/Java EE全功能栈的应用程序框架,被广泛应用于企业级Java应用的开发...

    SPRING技术内幕_深入解析SPRING架构与设计原理

    标题和描述中提到的《SPRING技术内幕_深入解析SPRING架构与设计原理 第2版本》指向了关于Spring框架的技术内幕和设计原理的详细解析。Spring是一个开源的Java平台,它提供了全面的基础设施支持,以便开发者可以创建...

    Spring技术内幕.pdf

    《Spring技术内幕》这本书深入探讨了Spring框架的核心概念和实现机制,是理解Spring工作原理的重要参考资料。Spring作为Java企业级应用开发的主流框架,它的设计理念、模块架构以及各种功能组件都对开发者有着深远...

    Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理(第2版)

    总之,《Spring技术内幕:深入解析Spring架构与设计原理(第2版)》是Java开发者深入学习Spring框架不可或缺的一本指南,对提升整体的Java开发能力有着显著的帮助。对于已经熟悉Spring框架的开发者来说,本书也有助于...

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics