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标题:[分享]类反射机制
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时空之蕊
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利用反射实现类的动态加载


Bromon原创 请尊重版权

最近在成都写一个移动增值项目,俺负责后台server端。功能很简单,手机用户通过GPRS打开Socket与服务器连接,我则根据用户传过来的数据做出响应。做过类似项目的兄弟一定都知道,首先需要定义一个类似于MSNP的通讯协议,不过今天的话题是如何把这个系统设计得具有高度的扩展性。由于这个项目本身没有进行过较为完善的客户沟通和需求分析,所以以后肯定会有很多功能上的扩展,通讯协议肯定会越来越庞大,而我作为一个不那么勤快的人,当然不想以后再去修改写好的程序,所以这个项目是实践面向对象设计的好机会。

首先定义一个接口来隔离类:

package org.bromon.reflect;

public interface Operator

{

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

}

根据设计模式的原理,我们可以为不同的功能编写不同的类,每个类都继承Operator接口,客户端只需要针对Operator接口编程就可以避免很多麻烦。比如这个类:

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;

}

}

我们还可以写其他很多类,但是有个问题,接口是无法实例化的,我们必须手动控制具体实例化哪个类,这很不爽,如果能够向应用程序传递一个参数,让自己去选择实例化一个类,执行它的act方法,那我们的工作就轻松多了。

很幸运,我使用的是Java,只有Java才提供这样的反射机制,或者说内省机制,可以实现我们的无理要求。编写一个配置文件emp.properties:

#成功响应

1000=Success

#向客户发送普通文本消息

2000=Load

#客户向服务器发送普通文本消息

3000=Store

文件中的键名是客户将发给我的消息头,客户发送1000给我,那么我就执行Success类的act方法,类似的如果发送2000给我,那就执行Load类的act方法,这样一来系统就完全符合开闭原则了,如果要添加新的功能,完全不需要修改已有代码,只需要在配置文件中添加对应规则,然后编写新的类,实现act方法就ok,即使我弃这个项目而去,它将来也可以很好的扩展。这样的系统具备了非常良好的扩展性和可插入性。

下面这个例子体现了动态加载的功能,程序在执行过程中才知道应该实例化哪个类:

package org.bromon.reflect.*;

import java.lang.reflect.*;

public class TestReflect

{

//加载配置文件,查询消息头对应的类名

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;

}

//针对消息作出响应,利用反射导入对应的类

public String response(String header,String content)

{

String result=null;

String s=null;

try

{

/*

* 导入属性文件emp.properties,查询header所对应的类的名字

* 通过反射机制动态加载匹配的类,所有的类都被Operator接口隔离

* 可以通过修改属性文件、添加新的类(继承MsgOperator接口)来扩展协议

*/

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

//加载类

Class c=Class.forName(s);

//创建类的事例

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

//构造参数列表

Class params[]=new Class[1];

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

//查询act方法

Method m=c.getMethod("act",params);

Object args[]=new Object[1];

args[0]=content;

//调用方法并且获得返回

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],”消息内容”);

}

}

测试一下:java TestReflect 1000

这个程序是针对Operator编程的,所以无需做任何修改,直接提供Load和Store类,就可以支持2000、3000做参数的调用。

有了这样的内省机制,可以把接口的作用发挥到极至,设计模式也更能体现出威力,而不仅仅供我们饭后闲聊。


我渴望掌控时空的核心——用最先进的技术,打造无比美丽的世界!
2007-10-11 11:15
时空之蕊
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四、反射性能:
反射是一种强大的工具,但也存在一些不足。一个主要的缺点是对性能有影响。使用反射基本上是一种解释操作,我们可以告诉JVM,我们希望做什么并且它满足我们的要求。这类操作总是慢于只直接执行相同的操作。

下面的程序是字段接入性能测试的一个例子,包括基本的测试方法。每种方法测试字段接入的一种形式 -- accessSame 与同一对象的成员字段协作,accessOther 使用可直接接入的另一对象的字段,accessReflection 使用可通过反射接入的另一对象的字段。在每种情况下,方法执行相同的计算 -- 循环中简单的加/乘顺序。

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,测试程序重复调用每种方法,使用一个大循环数,从而平均多次调用的时间衡量结果。平均值中不包括每种方法第一次调用的时间,因此初始化时间不是结果中的一个因素。下面的图清楚的向我们展示了每种方法字段接入的时间:

图 1:字段接入时间 :

我们可以看出:在前两副图中(Sun JVM),使用反射的执行时间超过使用直接接入的1000倍以上。通过比较,IBM JVM可能稍好一些,但反射方法仍旧需要比其它方法长700倍以上的时间。任何JVM上其它两种方法之间时间方面无任何显著差异,但IBM JVM几乎比Sun JVM快一倍。最有可能的是这种差异反映了Sun Hot Spot JVM的专业优化,它在简单基准方面表现得很糟糕。反射性能是Sun开发1.4 JVM时关注的一个方面,它在反射方法调用结果中显示。在这类操作的性能方面,Sun 1.4.1 JVM显示了比1.3.1版本很大的改进。

如果为为创建使用反射的对象编写了类似的计时测试程序,我们会发现这种情况下的差异不象字段和方法调用情况下那么显著。使用newInstance()调用创建一个简单的java.lang.Object实例耗用的时间大约是在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上的两部。使用Array.newInstance(type, size)创建一个数组耗用的时间是任何测试的JVM上使用new type[size]的两倍,随着数组大小的增加,差异逐步缩小。

结束语:
Java语言反射提供一种动态链接程序组件的多功能方法。它允许程序创建和控制任何类的对象(根据安全性限制),无需提前硬编码目标类。这些特性使得反射特别适用于创建以非常普通的方式与对象协作的库。例如,反射经常在持续存储对象为数据库、XML或其它外部格式的框架中使用。Java reflection 非常有用,它使类和数据结构能按名称动态检索相关信息,并允许在运行着的程序中操作这些信息。Java 的这一特性非常强大,并且是其它一些常用语言,如 C、C++、Fortran 或者 Pascal 等都不具备的。

但反射有两个缺点。第一个是性能问题。用于字段和方法接入时反射要远慢于直接代码。性能问题的程度取决于程序中是如何使用反射的。如果它作为程序运行中相对很少涉及的部分,缓慢的性能将不会是一个问题。即使测试中最坏情况下的计时图显示的反射操作只耗用几微秒。仅反射在性能关键的应用的核心逻辑中使用时性能问题才变得至关重要。

许多应用中更严重的一个缺点是使用反射会模糊程序内部实际要发生的事情。程序人员希望在源代码中看到程序的逻辑,反射等绕过了源代码的技术会带来维护问题。反射代码比相应的直接代码更复杂,正如性能比较的代码实例中看到的一样。解决这些问题的最佳方案是保守地使用反射——仅在它可以真正增加灵活性的地方——记录其在目标类中的使用。


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2007-10-11 11:16
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