戈 俊

1 研究目的

通過動(dòng)態(tài)獲取類中成員的Java反射技術(shù)，從而提高并優(yōu)化高校體育測(cè)評(píng)系統(tǒng)的功能。

2 研究方法

2.1 文獻(xiàn)資料法

根據(jù)研究?jī)?nèi)容和研究目的，查閱了近年來有關(guān)Java反射技術(shù)等方面的專著、期刊、論文和資料，并對(duì)資料進(jìn)行整理分析、篩選、歸納、概括。為寫作提供依據(jù)，為后續(xù)研究提供了充足的理論支持。

2.2 實(shí)驗(yàn)法

通過Eclipse集成開發(fā)軟件，建立JavaSE開源項(xiàng)目，通過創(chuàng)建包、接口、類、配置文件等方法，進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)的基本配置，通過WindowBuilder插件，進(jìn)行GUI可視化組件開發(fā)，結(jié)合Java反射技術(shù)對(duì)已存在的NJFU＿PECS高校體育成績(jī)?cè)u(píng)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 Java程序性能優(yōu)化分析

前期為了滿足教學(xué)與訓(xùn)練工作需求，已做好可以獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序NJFU＿PECS高校體育成績(jī)?cè)u(píng)測(cè)系統(tǒng)，可以正常安裝并使用。用戶在使用過程中需要提高該程序的擴(kuò)展性，想加入一些自己所需的新功能。在程序開發(fā)初期，如果想添加新功能，其做法是定義一個(gè)類，并建立方法，通過new對(duì)象的方法，在主線程中調(diào)用該對(duì)象，并指揮對(duì)象調(diào)用功能方法即可。但是，現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用程序是已經(jīng)封裝好的程序，是不可以隨便將其源碼進(jìn)行改變同時(shí)建立對(duì)象的，又何況很多的程序開發(fā)時(shí)并非開源程序，是無法獲取其程序源碼的。因此，這種提高程序擴(kuò)展性的想法是錯(cuò)誤的。在這種情況下，程序需要提高擴(kuò)展性，往往在設(shè)計(jì)初期會(huì)對(duì)外提供一個(gè)便于后期擴(kuò)展使用的接口，程序設(shè)計(jì)廠商對(duì)外暴露接口規(guī)則，二次開發(fā)時(shí)通過實(shí)現(xiàn)該接口規(guī)則，第三方通過使用符合該接口規(guī)則的對(duì)象。這種操作方式可以形象的比作計(jì)算機(jī)對(duì)外提供的USB接口，通過該接口可以實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的互聯(lián)互通，如U盤、移動(dòng)硬盤等。因此，對(duì)外提供接口只是為了進(jìn)行功能擴(kuò)展。

當(dāng)需要進(jìn)行功能擴(kuò)展時(shí)，就應(yīng)該針對(duì)接口的規(guī)則設(shè)計(jì)一個(gè)類，并通過該類實(shí)現(xiàn)接口，緊接著通過接口引用指向子類對(duì)象，以多態(tài)調(diào)用的形式即可使用擴(kuò)展對(duì)象的方法。但是，回到原點(diǎn)還是之前的問題，如果無法在已寫好的程序中更改其代碼。那么，應(yīng)該如何操作呢？新的思考方式是通過配置文件的方式，應(yīng)用程序在啟動(dòng)時(shí)可通過流對(duì)象直接讀取該配置文件，配置文件里配置的是即將使用到的擴(kuò)展功能擴(kuò)展類的類名，通過類名的讀取，即可找到該類對(duì)應(yīng)的class字節(jié)碼文件。通過反射技術(shù)加載class字節(jié)碼文件，并能成功獲取該class字節(jié)碼文件中的所有內(nèi)容，通過類中的構(gòu)造函數(shù)可以進(jìn)行對(duì)象的創(chuàng)建，并且調(diào)用類中定義好的功能。如果想要對(duì)指定名稱的字節(jié)碼文件進(jìn)行加載并獲取其中的內(nèi)容并調(diào)用，怎么可以實(shí)現(xiàn)？這就需要使用到反射技術(shù)。

3.2 Java程序基礎(chǔ)調(diào)用與反射機(jī)制對(duì)比分析

3.2.1 Java反射技術(shù)的原理分析

JAVA反射機(jī)制是在運(yùn)行狀態(tài)中，對(duì)于任意一個(gè)類（class文件），都能夠知道這個(gè)類的所有屬性和方法，即反向的映射類中的所有內(nèi)容，對(duì)于任意一個(gè)對(duì)象，都能夠調(diào)用它的任意一個(gè)方法和屬性，這種動(dòng)態(tài)獲取的信息以及動(dòng)態(tài)調(diào)用對(duì)象方法的功能稱為Java語(yǔ)言的反射機(jī)制，即動(dòng)態(tài)獲取類中信息，就是Java反射［1］。通過反射技術(shù)與配置文件相關(guān)聯(lián)，運(yùn)行配置文件中指定類的對(duì)應(yīng)方法，讀取配置文件中的數(shù)據(jù)，通過反射技術(shù)，來完成指定對(duì)象的創(chuàng)建［2］。只要在代碼或配置文件中看到類的完整路徑（包、類），其底層原理基本上使用的就是Java的反射機(jī)制。

3.2.2 獲取任意類字節(jié)碼文件對(duì)象的方法分析

第一種方法：Object類中有一個(gè)方法叫做getClass（），該方法必須明確被操作的類［3］。通過對(duì)象引用創(chuàng)建對(duì)象后，通過變量名稱調(diào)用Object類中的可以被所有對(duì)象繼承的getClass（）方法，同時(shí)用描述字節(jié)碼文件對(duì)象的類Class來接收該方法的返回值。

第二種方法：任何數(shù)據(jù)類型都具備一個(gè)靜態(tài)的屬性.class來獲取其對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象［3］。該方法直接用類名.class的形式即可得到該數(shù)據(jù)的字節(jié)碼文件對(duì)象，該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但還是要明確用到類中的靜態(tài)成員，缺點(diǎn)是擴(kuò)展性受限。

第三種方法：只要通過給定類的字符串名稱就可以獲取該類，描述字節(jié)碼文件的類是Class，因此我們可以用Class類中的方法完成，Class類被定義在java.lang包內(nèi)，此方法更為擴(kuò)展［3］。該類中定義了一個(gè)靜態(tài)方法forName（），該方法返回與帶有給定字符串名的類或接口相關(guān)聯(lián)的Class對(duì)象，該方法在定義時(shí)拋了一個(gè)ClassNotFoundException類未找到異常，因此值得注意的是該forName方法的參數(shù)字符串類名應(yīng)該填寫正確，并要求填寫全類名即包名加類名。這種方式只要有類的名稱即可，更為方便，擴(kuò)展性更強(qiáng)。

3.2.3 常規(guī)創(chuàng)建對(duì)象和通過反射創(chuàng)建對(duì)象的區(qū)別

常規(guī)創(chuàng)建對(duì)象，通過包名加類名的方式，創(chuàng)建類所對(duì)應(yīng)的實(shí)體對(duì)象，這樣new對(duì)象后，就要在classpath路徑內(nèi)尋找名為包名加類名的字節(jié)碼文件，并將其加載進(jìn)內(nèi)存，同時(shí)在堆內(nèi)存中開辟一片空間。

通過反射創(chuàng)建對(duì)象，初期筆者手上只有字符串的類名，但是也想完成創(chuàng)建對(duì)象的動(dòng)作。創(chuàng)建對(duì)象的基本原則是通過指定類名稱，到指定位置找到字節(jié)碼文件，加載進(jìn)內(nèi)存并在堆內(nèi)存中開辟空間［4］。該步驟可通過Class.forName（“字符串包名＋類名”）方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。反射機(jī)制作用下，獲取其對(duì)象的方法是通過Class類中定義的方法newInstance（）方法實(shí)現(xiàn)的，該方法可創(chuàng)建此Class對(duì)象所表示的類的一個(gè)新實(shí)例［4］。同時(shí)該實(shí)例返回值是Object，因?yàn)镺bject可接受任意對(duì)象。

兩者創(chuàng)建實(shí)例的區(qū)別在于，傳統(tǒng)創(chuàng)建需要程序員根據(jù)使用對(duì)象的不同，反復(fù)在程序中創(chuàng)建不同的對(duì)象，擴(kuò)展性極弱，若對(duì)象眾多，暫時(shí)無需使用到的對(duì)象也必須提前創(chuàng)建出來，極其浪費(fèi)內(nèi)存。而通過反射機(jī)制，可以將日后可能被使用到的對(duì)象類名寫入配置文件中，需要用時(shí)讓程序自身自動(dòng)通過反射機(jī)制讀取配置文件，逐個(gè)加載即可，提高擴(kuò)展性的同時(shí)降低了內(nèi)存的消耗。

3.3 高校體育評(píng)測(cè)系統(tǒng)反射設(shè)計(jì)思路與開發(fā)步驟分析

3.3.1 可視化界面設(shè)計(jì)思路分析

由于該系統(tǒng)的主要功能是提供用戶進(jìn)行高校體育成績(jī)測(cè)試結(jié)果與評(píng)分的換算，因此開發(fā)前期首先要進(jìn)行評(píng)測(cè)系統(tǒng)的GUI即可視化界面設(shè)計(jì)。按照普通設(shè)計(jì)思路，每一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的換算都需要獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試類，也可以獨(dú)立設(shè)計(jì)成一個(gè)測(cè)試換算系統(tǒng)，這樣做的缺點(diǎn)是用戶在同時(shí)錄入多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目時(shí)，需要頻繁的啟動(dòng)并關(guān)閉不同的測(cè)評(píng)系統(tǒng)，浪費(fèi)了大量的時(shí)間。而此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期考慮到了使用反射機(jī)制來優(yōu)化系統(tǒng)功能，因此在GUI界面設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過設(shè)計(jì)下拉菜單的方式，靈活方便的轉(zhuǎn)換體育評(píng)測(cè)項(xiàng)目，優(yōu)勢(shì)是不用關(guān)閉系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)體育評(píng)測(cè)項(xiàng)目的切換，而該設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)就是使用Java的反射機(jī)制完成。

3.3.2 接口與實(shí)現(xiàn)類的設(shè)計(jì)思路分析

設(shè)計(jì)初期，由于該系統(tǒng)是保障數(shù)據(jù)換算結(jié)果的輸出，那么此項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路是首先定義一個(gè)測(cè)試接口，該接口中的抽象方法需要接受一個(gè)測(cè)試者測(cè)試項(xiàng)目的結(jié)果，由于不同項(xiàng)目的測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)類型不同。如，50米跑、800米跑、立定跳遠(yuǎn)等測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)類型均是浮點(diǎn)型；而仰臥起坐、引體向上等測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)類型又都是整數(shù)類型，為了統(tǒng)一方便，筆者將該方法接收的參數(shù)類型均設(shè)計(jì)成雙精度的浮點(diǎn)類型double。而該方法的轉(zhuǎn)換測(cè)試必然會(huì)有一個(gè)結(jié)果，那么該方法的返回值類型也設(shè)計(jì)成雙精度的double類型，該方法的方法名稱就直截了當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)成test，以便于體現(xiàn)方法的見名知意。

緊接著，需要設(shè)計(jì)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的測(cè)試類，他們的共性特點(diǎn)都是測(cè)試，因此都需要實(shí)現(xiàn)之前設(shè)計(jì)的接口，并覆蓋掉接口中的抽象方法，只有覆蓋掉接口中的抽象方法，并完成方法體中具體測(cè)試方法的設(shè)計(jì)，才能使用該方法。

3.3.3 配置文件的創(chuàng)建步驟分析

實(shí)現(xiàn)接口后的測(cè)試類定義完畢以后，筆者在該項(xiàng)目中創(chuàng)建一個(gè)配置文件test.properties，該配置文件的建立以便于后期通過反射機(jī)制找到該配置文件，并找尋配置文件中所需要運(yùn)行的類文件的名稱。下一步，將所有測(cè)試類的全類名即包名＋類名通過鍵值對(duì)的形式寫入配置文件。創(chuàng)建反射機(jī)制關(guān)聯(lián)的配置文件test.properties如圖一所示：

圖一 創(chuàng)建反射機(jī)制關(guān)聯(lián)的配置文件test.properties

3.3.4 反射機(jī)制的實(shí)現(xiàn)步驟分析

下面筆者就要開始進(jìn)行反射機(jī)制的代碼實(shí)現(xiàn)，首先需要通過緩沖字符輸入流BufferedReader關(guān)聯(lián)配置文件test.properties。通過循環(huán)讀取，將配置文件中的所有鍵值對(duì)信息讀取進(jìn)來，通過字符串的切割方法將鍵值對(duì)通過“＝”切成字符串?dāng)?shù)組，通過下拉菜單的選定測(cè)試項(xiàng)目類別與該字符串鍵值進(jìn)行equals比對(duì)，如果比對(duì)成功，那么該鍵值對(duì)的值就是需要測(cè)試的項(xiàng)目類的類名，順利獲取該類名。流對(duì)象關(guān)聯(lián)配置文件切割并校對(duì)鍵值對(duì)如圖二所示：

圖二 流對(duì)象關(guān)聯(lián)配置文件切割并校對(duì)鍵值對(duì)

通過Class.forName（）方法，將上述獲取的類名作為參數(shù)傳遞給該方法，得到該類所對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼文件對(duì)象。AccessibleObject類是Field字段、Method方法和Constructor構(gòu)造方法對(duì)象的基類［5］。它提供了將反射的對(duì)象標(biāo)記為在使用時(shí)取消默認(rèn)Java語(yǔ)言訪問控制檢查的能力［6］。通過該對(duì)象調(diào)用getMethod（）方法，同時(shí)將測(cè)試方法名稱“test “和該方法所需的參數(shù)類型的一個(gè)靜態(tài)屬性.class來獲取其對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象，再通過之前字節(jié)碼文件對(duì)象調(diào)用newInstance（）方法，創(chuàng)建測(cè)試類實(shí)例對(duì)象，最后通過方法類的invoke（）方法將對(duì)象實(shí)例和文本框中獲取的測(cè)試數(shù)據(jù)傳遞給該方法參數(shù)，最后得到測(cè)試類轉(zhuǎn)換的分值。再通過文本域?qū)⑥D(zhuǎn)換后的分值通過字符串表現(xiàn)在文本域中。反射機(jī)制完成對(duì)象建立并調(diào)用方法進(jìn)行成績(jī)換算如圖三所示：

圖三 反射機(jī)制完成對(duì)象建立并調(diào)用方法進(jìn)行成績(jī)換算

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

前期開發(fā)的NJFU＿PECS高校體育成績(jī)?cè)u(píng)測(cè)系統(tǒng)過于臃腫，代碼量過于冗長(zhǎng)［7］［8］。反射機(jī)制在本系統(tǒng)性能優(yōu)化中使代碼更加靈活，更加容易實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο螅蟠蟮靥岣吡顺绦虻臄U(kuò)展性，實(shí)際優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為在不關(guān)閉系統(tǒng)前提下實(shí)現(xiàn)體育評(píng)測(cè)項(xiàng)目的切換；面向配置文件，降低了用戶和開發(fā)者理解程序代碼及執(zhí)行流程的難度。

4.2 建議

為了提高程序的可擴(kuò)展性，反射機(jī)制是程序開發(fā)的普遍設(shè)計(jì)趨勢(shì)和方向；為了更具體的描述配置文件中的信息，后期可使用XML結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)的描述與封裝，再使用dom4j解析XML文檔更利于維護(hù)。