一、Java基础（2）

本章概要

• 异常的分类及处理
  • 异常的概念
  • 异常的分类
  • 处理异常的方式
• 反射机制
  • 动态语言的概念
  • 反射机制的概念
  • 反射的作用
  • Java 的反射 API
  • 反射的过程
  • 创建对象的两种方式
  • Method 的 invoke 方法

1.2 异常的分类及处理

1.2.1 异常的概念

异常指在方法不能按正常方式完成时，可以通过抛出异常的方式退出该方法。在异常中封装了方法执行过程中的错误信息及原因，调用方在获取该异常后可根据业务的情况选择处理该异常或继续抛出该异常。
在方法执行中出现异常时，Java 异常处理机制会将代码的执行权交给异常处理器，异常处理器根据在系统中定义的异常处理规则执行不同的异常处理逻辑（抛出异常或捕捉并处理异常）。

1.2.2 异常的分类

在 Java 中，Throwable 是所有错误或异常的父类，Throwable 又可分为 Error 和 Exception，常见的 Error 有 AWTError、ThreadDeath，Exception 又可分为 RuntimeException（运行时异常）和 CheckedException（检查异常），如下：

Error 指 Java 程序运行错误。如果程序在启动时出现 Error，则启动失败；如果程序在运行过程中出现 Error，则系统将退出进程。出现 Error 通常是因为系统的内部错误或资源耗尽，Error 不能在运行过程中被动态处理。如果程序出现 Error，则系统能做的工作也只能是记录错误的成因和安全终止。
Exception 指 Java 程序运行异常，即运行中的程序发生了人们不期望发生的事件，可以被 Java 异常处理机制处理。Exception 也是程序开发中异常处理的核心，如图：

• RuntimeException：指在 Java 虚拟机正常运行期间抛出的异常。RuntimeException 可被捕获并处理，如果出现 RuntimeException，那么一定是程序发生错误导致的。我们通常需要抛出该异常或捕获并处理该异常。常见的 RuntimeException 有 NullPointerException、ClassCastException、ArrayIndexOutOfBundsException 等。
• CheckedException：Java 编译器在编译阶段会检查 CheckedException 异常并强制程序捕获和处理此类异常，即要求程序在可能出现异常的地方通过 try catch 语句块捕获并处理异常。常见的 CheckedException 有由于 I/O 错误导致的 IOExceptioin、SQLException、ClassNotFoundException 等。该异常一般由于打开错误的文件、SQL 语法错误、类不存在等引起。

1.2.3 处理异常的方式

处理异常有抛出异常和使用 try catch 语句块捕获并处理异常这两种方式。
（1）抛出异常：指遇到异常时不进行具体处理，而是将异常抛给调用者，由调用者根据情况处理。有可能是直接捕获并处理，也有可能是继续向上层抛出异常。抛出异常有三种方式：throws、throw、系统自动抛出异常。其中，throws 作用在方法上，用于定义方法可能抛出的异常；throw 作用在方法内，表示明确抛出一个异常。
throw 和 throws 的具体区别如下：

• 位置不同：throws 作用在方法上，和面跟着的是异常的类；而 throw 作用在方法内，后面跟着的是异常的对象。
• 功能不同：throws 用于声明方法在运行过程中可能出现的异常，以便调用者根据不同的异常类型预先定义不同的处理方式；throw 用于抛出封装了异常信息的对象，程序在执行到 throw 时后续的代码将不再执行，而是跳转到调用者，并将异常信息抛给调用者。也就是说，throw 后面的语句将无法被执行（finally 语句块除外）。

（2）使用 try catch 语句块捕获并处理异常：使用 try catch 语句块捕获异常能够有针对地处理每种可能出现的异常，并在捕捉到异常后根据不同的情况做不同的处理。
相关面试题：

• Java 中的异常处理方式（机制）有哪些？★★★☆☆
• Error 和 Exception 的区别是什么？★★☆☆☆
• throw 和 throws 的具体区别是什么？★☆☆☆☆

1.3 反射机制

Java 的反射机制可以动态获取类和对象的信息，以及动态调用对象的方法，被广泛应用于动态代理的场景中。

1.3.1 动态语言的概念

动态语言指程序在运行时可以改变其结构的语言，比如新的属性或方法的添加、删除等结构上的变化。JavaScript 、Ruby 、 Python 等都属于动态语言；C、C++ 不属于动态语言。从反射的角度来说，Java 属于半动态语言。

1.3.2 反射机制的概念

反射机制指在程序运行过程中，对任意一个类都能获取其所有属性和方法，并且对任意对象都能调用其任意方法。这种动态获取类和对象的信息，以及动态调用对象的方法的功能被称为 Java 的反射机制。

1.3.3 反射的作用

Java 中的对象有两种类型：编译时类型和运行时类型。编译时类型指在声明对象时采用的类型，运行时类型指为对象赋值时所采用的的类型。
在如下代码中，persion 对象的编译时类型为 Persion ，运行时类型为 Student ，因此无法在编译时获取在 Student 类中定义的方法：

Persion persion = new Student();

因此，程序在编译期间无法预知该对象和类的真实信息，只能通过运行时信息来发现该对象和类的真实信息，而其真实信息（对象的属性和方法）通常通过反射机制来获取，这便是 Java 中反射机制的核心功能。

1.3.4 Java 的反射 API

Java 的反射 API 主要用于在运行过程中动态生成类、接口或对象等信息，其常用 API 如下：

• Class 类：用于获取类的属性、方法等信息
• Field 类：表示类的成员变量，用于获取和设置类中的属性值
• Method 类：表示类的方法，用于获取方法的描述信息或执行某个方法
• Constructor 类：表示类的构造方法

1.3.5 反射的过程

反射的步骤如下：

1. 获取想要操作的类的 Class 对象，该 Class 对象时反射的核心，通过它可以调用类的任意方法。
2. 调用 Class 对象所对应的类中定义的方法，这是反射的使用阶段
3. 使用反射 API 类来获取并调用类的属性和方法等信息。

获取 Class 对象的 3 种方式如下：

1. 调用某个对象的 getClass 方法以获取该类对应的 Class 对象：

Persion p = new Persion();
Class clazz = p.getClass();

2. 调用某个类的 class 属性以获取该类对应的 Class 对象：

Class clazz = Persion.class;

3. 调用 Class 类中的 forName 静态方法以获取该类对应的 Class 对象，这是最安全、性能也最好的方式：

Class clazz = Class.forName("fullClassPath"); // fullClassPath 为类的包路径及名称

我们在获得想要操作类的 Class 对象后，可以通过 Class 类中的方法获取并查看该类中的方法和属性，具体的实例代码如下：

// 1.获取 Persion 类的 Class 对象
Class clazz = Class.forName("hello.java.reflect.Persion");
// 2.获取Persion 类的所有方法的信息
Method[] method = clazz.getDeclaredMethods();
for(Method m : method){System.out.println(m.toString);
}
// 3.获取 Persion 类的所有成员的属性信息
Field[] field = clazz.getDeclaredFields();
for(Field f : field){System.out.println(f.toString);
}
// 4.获取 Persion 类的所有构造方法的信息
Constructor[] constructor = clazz.getDeclaredConstructors();
for (Constructor c : constructor){System.out.println(c.toString);
}

1.3.6 创建对象的两种方式

创建对象的两种方式如下：

• 使用 Class 对象的 newInstance 方法创建该 Class 对象对应类的实例，这种方式要求该 Class 对象对应的类有默认的空构造器。
• 先使用 Class 对象获取指定的 Constructor 对象，再调用 Constructor 对象的 newInstance 方法创建 Class 对象对应类的实例，通过这种方式可以选定构造方法创建实例。

创建对象的具体代码如下：

//1.1：获取 Persion 类的 Class 对象
Class clazz = Class.forName("hello.java.reflect.Persion");
//1.2：使用 newInstance 方法创建对象
Persion p = (Persion) clazz.newInstance();
//2.1：获取构造方法并创建对象
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(String.class,String.class,int.class);
//2.2：根据构造方法创建对象并设置属性
Persion p1 = (Persion) c.newInstance("李四","男","20");

1.3.7 Method 的 invoke 方法

Method 提供了关于类或接口上某个方法及如何访问该方法的信息，那么在运行代码中如何动态调用该方法呢？答案是通过调用 Method 的 invoke 方法实现。通过 invoke 方法可以实现动态调用，比如可以动态传入参数并将方法参数化。具体过程：获取 Method 对象，并调用 Method 的invoke 方法，如下所述：

1. 获取 Method 对象：通过调用 Class 对象的 getMethod(String name,Class<?> … parameterTypes) 返回一个 Method 对象，它描述了此 Class 对象所表示的类或接口指定的公共成员方法。name 参数是 String 类型，用于指定所需方法的名称。parameterTypes 参数是按声明顺序标识该方法的形参类型的 Class 对象的一个数组，如果 parameterTypes 为 null，则按空数组处理。
2. 调用 Method 的 invoke 方法：通过调用 Method 对象的 invoke 方法来动态执行函数。invoke 方法的具体使用代码如下：

//1.获取 Persion 类（hello.java.reflect.Persion）的 Class 对象
Class clz = Class.forName("hello.java.reflect.Persion");
//2.获取 Class 对象中的 setName 方法
Method method = clz.getMethod("setName", String.class);
//3.获取 Constructor 对象
Constructor constructor = clz.getConstructor();
//4.根据 Constructor 定义对象
Object object = constructor.newInstance();
//5.调用 Method 的 invoke 方法，这里的 Method 表示 setName 方法
//因此，相当于动态调用 object 对象的 setName 方法并传入 alex 参数
method.invoke(object,"alex");

以上代码首先通过 Class.forName 方法获取 Persion 类的 Class 对象，然后调用 Persion 类的 Class 对象的 getMethod(“setName”,String.class) 获取一个 Method 对象；接着使用 Class 对象获取指定的 Constructor 对象并调用 Constructor 对象的 newInstance 方法创建 Class 对象对应类的实体；最后调用 method.invoke 方法实现动态调用，这样就通过反射动态生成类的对象并调用其方法。
相关面试题：

• Java 反射机制的作用是什么？★★★☆☆
• Java 反射机制创建对象的方式有哪些？★★☆☆☆
• Java 是如何实现动态调用某个方法的？★☆☆☆☆
• 通过 Java 反射创建对象和通过 new 创建对象，哪个效率更高？★☆☆☆☆
• 除了可以使用 new 方法创建对象，还可以使用什么方法创建对象？★☆☆☆☆