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在 Java 中使用方法和变量句柄进行运行时对象访问和操作

发布于2024-11-02
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Using Method and Variable Handles in Java for Runtime Object Access and Manipulation

反射和方法/var 句柄是 Java 中的两个强大功能,允许开发人员在运行时访问和操作对象。然而,它们在访问和处理对象的方式上有所不同。

让我们看一个如何使用反射来访问类中方法的示例。我们将从一个名为“MyClass”的简单类开始,它有一个私有字符串变量和该变量的 getter 方法。为了创建这个对象,我们可以使用普通的实例化:

MyClass objectInstance = new MyClass("John Doe");

要使用反射访问方法,我们需要首先使用 getClass() 方法获取对象实例的类。然后,我们可以使用 getDeclaredMethod() 方法来查找我们想要访问的方法,在本例中为“getName”。最后,我们需要使用 invoke() 方法调用该方法并传入我们的对象实例。这是此过程的代码:

Class> clazz = objectInstance.getClass();
Method method = clazz.getDeclaredMethod("getName");
String value = (String) method.invoke(objectInstance);
System.out.println(value); // prints "John Doe"

另一方面,MethodHandles 类中的方法句柄提供了一种更安全、更优化​​的方法访问方法。这是因为它们是专门为此目的而设计的,并且针对 JVM 优化进行了增强。

使用方法句柄访问方法类似于使用反射。我们首先获取对象实例的类。然后,我们使用 MethodHandles 上的 findVirtual() 方法来查找我们想要访问的方法。接下来,我们使用 invoke() 方法调用该方法并传入我们的对象实例。这是此过程的代码:

Class> clazz = objectInstance.getClass();
MethodHandle handle = MethodHandles.lookup().findVirtual(clazz, "getName", methodType(String.class));
String value = (String) handle.invoke(objectInstance);
System.out.println(value);  // Prints “John Doe”

但是,方法句柄的功能是有限的。它们无法处理诸如实例化类之类的任务,而这可以通过反射来实现。

为了展示方法句柄的强大功能,让我们看一下如何使用它们来直接访问类中的私有字段。假设我们的“MyClass”类有一个名为“name”的私有字符串变量。我们可以使用反射来访问它,但使用方法句柄是更安全的选择。

要使用反射直接访问私有字段,我们首先需要获取对象实例的类。然后,我们使用 getDeclaredField() 方法来查找我们想要访问的字段,在本例中为“name”。但是,由于该字段是私有的,因此我们需要使用 setAccessible() 方法将其可访问性设置为 true。最后,我们可以使用 get() 方法来检索字段的值。这是此过程的代码:

Class> clazz = objectInstance.getClass(); 
Field field = clazz.getDeclaredField("name"); 
field.setAccessible(true); 
String value = (String) field.get(objectInstance);
System.out.println(value); // prints “John Doe”

使用方法句柄,过程类似。我们首先获取对象实例的类,然后使用 MethodHandles 上的 privateLookupIn() 方法来尊重字段的访问修饰符(因为它是私有的)。接下来,我们使用 findVarHandle() 方法来查找我们想要访问的字段。最后,我们可以使用 get() 方法来检索它的值。这是此过程的代码:

Class> clazz = objectInstance.getClass(); 
VarHandle handle = MethodHandles.privateLookupIn(clazz, MethodHandles.lookup()).findVarHandle(clazz, "name", String.class);
String value = (String) handle.get(objectInstance);
System.out.println(value); // prints “John Doe”

出于性能原因,建议静态实例化句柄,但这需要知道类的名称。如果您不知道类的名称,则无法使用此方法。

方法句柄的一个限制是它们不提供处理检查异常的方法。对方法句柄和 var 句柄的各种操作都会引发必须在生产代码中捕获和声明的已检查异常。

总之,方法和变量句柄在 JDK 中提供了一系列集中的功能,用于查找类元数据以及访问正常 Java 限制之外的方法和字段。虽然它们没有涵盖反射的所有功能,但它们为这些任务提供了更安全、更优化​​的替代方案。

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