聊聊Java内省Introspector

2023-08-16 09:24:10

前提

这篇文章主要分析一下Introspector（内省，应该读xing第三声，没有找到很好的翻译，下文暂且这样称呼）的用法。Introspector是一个专门处理JavaBean的工具类，用来获取JavaBean里描述符号，常用的JavaBean的描述符号相关类有BeanInfo、PropertyDescriptor，MethodDescriptor、BeanDescriptor、EventSetDescriptor和ParameterDescriptor。下面会慢慢分析这些类的使用方式，以及Introspector的一些特点。

JavaBean是什么

JavaBean是一种特殊（其实说普通也可以，也不是十分特殊）的类，主要用于传递数据信息，这种类中的方法主要用于访问私有的字段，且方法名符合某种命名规则（字段都是私有，每个字段具备Setter和Getter方法，方法和字段命名满足首字母小写驼峰命名规则）。如果在两个模块之间传递信息，可以将信息封装进JavaBean中，这种对象称为值对象（Value Object）或者VO。这些信息储存在类的私有变量中，通过Setter、Getter方法获得。JavaBean的信息在Introspector里对应的概念是BeanInfo，它包含了JavaBean所有的Descriptor(描述符)，主要有PropertyDescriptor，MethodDescriptor（MethodDescriptor里面包含ParameterDescriptor）、BeanDescriptor和EventSetDescriptor。

属性Field和属性描述PropertiesDescriptor的区别

如果是严格的JavaBean(Field名称不重复，并且Field具备Setter和Getter方法)，它的PropertyDescriptor会通过解析Setter和Getter方法，合并解析结果，最终得到对应的PropertyDescriptor实例。所以PropertyDescriptor包含了属性名称和属性的Setter和Getter方法（如果存在的话）。

内省Introspector和反射Reflection的区别

Reflection：反射就是运行时获取一个类的所有信息，可以获取到类的所有定义的信息（包括成员变量，成员方法，构造器等）可以操纵类的字段、方法、构造器等部分。可以想象为镜面反射或者照镜子，这样的操作是带有客观色彩的，也就是反射获取到的类信息是必定正确的。
Introspector：内省基于反射实现，主要用于操作JavaBean，基于JavaBean的规范进行Bean信息描述符的解析，依据于类的Setter和Getter方法，可以获取到类的描述符。可以想象为"自我反省"，这样的操作带有主观的色彩，不一定是正确的（如果一个类中的属性没有Setter和Getter方法，无法使用Introspector）。

常用的Introspector相关类

主要介绍一下几个核心类所提供的方法。

Introspector

Introspector类似于BeanInfo的静态工厂类，主要是提供静态方法通过Class实例获取到BeanInfo，得到BeanInfo之后，就能够获取到其他描述符。主要方法：

public static BeanInfo getBeanInfo(Class<?> beanClass)：通过Class实例获取到BeanInfo实例。

BeanInfo

BeanInfo是一个接口，具体实现是GenericBeanInfo，通过这个接口可以获取一个类的各种类型的描述符。主要方法：

BeanDescriptor getBeanDescriptor()：获取JavaBean描述符。
EventSetDescriptor[] getEventSetDescriptors()：获取JavaBean的所有的EventSetDescriptor。
PropertyDescriptor[] getPropertyDescriptors()：获取JavaBean的所有的PropertyDescriptor。
MethodDescriptor[] getMethodDescriptors()：获取JavaBean的所有的MethodDescriptor。

这里要注意一点，通过BeanInfo#getPropertyDescriptors()获取到的PropertyDescriptor数组中，除了Bean属性的之外，还会带有一个属性名为class的PropertyDescriptor实例，它的来源是Class的getClass方法，如果不需要这个属性那么最好判断后过滤，这一点需要紧记，否则容易出现问题。

PropertyDescriptor

PropertyDescriptor类表示JavaBean类通过存储器（Setter和Getter）导出一个属性，它应该是内省体系中最常见的类。主要方法：

synchronized Class<?> getPropertyType()：获得属性的Class对象。
synchronized Method getReadMethod()：获得用于读取属性值（Getter）的方法；
synchronized Method getWriteMethod()：获得用于写入属性值（Setter）的方法。
int hashCode()：获取对象的哈希值。
synchronized void setReadMethod(Method readMethod)：设置用于读取属性值（Getter）的方法。
synchronized void setWriteMethod(Method writeMethod)：设置用于写入属性值（Setter）的方法。

举个例子：

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        BeanInfo beanInfo = Introspector.getBeanInfo(Person.class);
        PropertyDescriptor[] propertyDescriptors = beanInfo.getPropertyDescriptors();
        for (PropertyDescriptor propertyDescriptor : propertyDescriptors) {
            if (!"class".equals(propertyDescriptor.getName())) {
                System.out.println(propertyDescriptor.getName());
                System.out.println(propertyDescriptor.getWriteMethod().getName());
                System.out.println(propertyDescriptor.getReadMethod().getName());
                System.out.println("=======================");
            }
        }
    }

    public static class Person {

        private Long id;
        private String name;
        private Integer age;

        public Long getId() {
            return id;
        }

        public void setId(Long id) {
            this.id = id;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        public Integer getAge() {
            return age;
        }

        public void setAge(Integer age) {
            this.age = age;
        }
    }
}

输出结果：

age
setAge
getAge
=======================
id
setId
getId
=======================
name
setName
getName
=======================

不正当使用Introspector会导致内存溢出

如果框架或者程序用到了JavaBeans Introspector，那么就相当于启用了一个系统级别的缓存，这个缓存会存放一些曾加载并分析过的Javabean的引用，当Web服务器关闭的时候，由于这个缓存中存放着这些Javabean的引用，所以垃圾回收器不能对Web容器中的JavaBean对象进行回收，导致内存越来越大。还有一点值得注意，清除Introspector缓存的唯一方式是刷新整个缓存缓冲区，这是因为JDK没法判断哪些是属于当前的应用的引用，所以刷新整个Introspector缓存缓冲区会导致把服务器的所有应用的Introspector缓存都删掉。Spring中提供的org.springframework.web.util.IntrospectorCleanupListener就是为了解决这个问题，它会在Web服务器停止的时候，清理一下这个Introspector缓存，使那些Javabean能被垃圾回收器正确回收。

也就是说JDK的Introspector缓存管理是有一定缺陷的。但是如果使用在Spring体系则不会出现这种问题，因为Spring把Introspector缓存的管理移交到Spring自身而不是JDK（或者在Web容器销毁后完全不管），在加载并分析完所有类之后，会针对类加载器对Introspector缓存进行清理，避免内存泄漏的问题，详情可以看CachedIntrospectionResults和SpringBoot刷新上下文的方法AbstractApplicationContext#refresh()中finally代码块中存在清理缓存的方法AbstractApplicationContext#resetCommonCaches();。但是有很多程序和框架在使用了JavaBeans Introspector之后，都没有进行清理工作，比如Quartz、Struts等，这类操作会成为内存泄漏的隐患。

小结

在标准的JavaBean中，可以考虑使用Introspector体系解析JavaBean，主要是方便使用反射之前的时候快速获取到JavaBean的Setter和Getter方法。
在Spring体系中，为了防止JDK对内省信息的缓存无法被垃圾回收机制回收导致内存溢出，主要的操作除了可以通过配置IntrospectorCleanupListener预防，还有另外一种方式，就是通过CachedIntrospectionResults类自行管理Introspector中的缓存(这种方式才是优雅的方式，这样可以避免刷新整个Introspector的缓存缓冲区而导致其他应用的Introspector也被清空)，也就是把JDK自行管理的Introspector相关缓存交给Spring自己去管理。在SpringBoot刷新上下文的方法AbstractApplicationContext#refresh()中finally代码块中存在清理缓存的方法AbstractApplicationContext#resetCommonCaches();，里面调用到的CachedIntrospectionResults#clearClassLoader(getClassLoader())方法就是清理指定的ClassLoader下的所有Introspector中的缓存的引用。

（本文完 e-a-20200811 c-1-d）

这是公众号《Throwable》发布的原创文章，收录于专辑《Java基础与进阶》。

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