基于反射技術的高校體育測評系統(tǒng)優(yōu)化實現研究

戈 俊

1 研究目的

通過動態(tài)獲取類中成員的Java反射技術，從而提高并優(yōu)化高校體育測評系統(tǒng)的功能。

2 研究方法

2.1 文獻資料法

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

2.2 實驗法

通過Eclipse集成開發(fā)軟件，建立JavaSE開源項目，通過創(chuàng)建包、接口、類、配置文件等方法，進行項目開發(fā)的基本配置，通過WindowBuilder插件，進行GUI可視化組件開發(fā)，結合Java反射技術對已存在的NJFU＿PECS高校體育成績評測系統(tǒng)進行技術優(yōu)化。

3 研究結果與分析

3.1 Java程序性能優(yōu)化分析

前期為了滿足教學與訓練工作需求，已做好可以獨立運行的應用程序NJFU＿PECS高校體育成績評測系統(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，其做法是定義一個類，并建立方法，通過new對象的方法，在主線程中調用該對象，并指揮對象調用功能方法即可。但是，現實生活中的應用程序是已經封裝好的程序，是不可以隨便將其源碼進行改變同時建立對象的，又何況很多的程序開發(fā)時并非開源程序，是無法獲取其程序源碼的。因此，這種提高程序擴展性的想法是錯誤的。在這種情況下，程序需要提高擴展性，往往在設計初期會對外提供一個便于后期擴展使用的接口，程序設計廠商對外暴露接口規(guī)則，二次開發(fā)時通過實現該接口規(guī)則，第三方通過使用符合該接口規(guī)則的對象。這種操作方式可以形象的比作計算機對外提供的USB接口，通過該接口可以實現與外部設備的互聯(lián)互通，如U盤、移動硬盤等。因此，對外提供接口只是為了進行功能擴展。

當需要進行功能擴展時，就應該針對接口的規(guī)則設計一個類，并通過該類實現接口，緊接著通過接口引用指向子類對象，以多態(tài)調用的形式即可使用擴展對象的方法。但是，回到原點還是之前的問題，如果無法在已寫好的程序中更改其代碼。那么，應該如何操作呢？新的思考方式是通過配置文件的方式，應用程序在啟動時可通過流對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展功能擴展類的類名，通過類名的讀取，即可找到該類對應的class字節(jié)碼文件。通過反射技術加載class字節(jié)碼文件，并能成功獲取該class字節(jié)碼文件中的所有內容，通過類中的構造函數可以進行對象的創(chuàng)建，并且調用類中定義好的功能。如果想要對指定名稱的字節(jié)碼文件進行加載并獲取其中的內容并調用，怎么可以實現？這就需要使用到反射技術。

3.2 Java程序基礎調用與反射機制對比分析

3.2.1 Java反射技術的原理分析

JAVA反射機制是在運行狀態(tài)中，對于任意一個類（class文件），都能夠知道這個類的所有屬性和方法，即反向的映射類中的所有內容，對于任意一個對象，都能夠調用它的任意一個方法和屬性，這種動態(tài)獲取的信息以及動態(tài)調用對象方法的功能稱為Java語言的反射機制，即動態(tài)獲取類中信息，就是Java反射［1］。通過反射技術與配置文件相關聯(lián)，運行配置文件中指定類的對應方法，讀取配置文件中的數據，通過反射技術，來完成指定對象的創(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的反射機制。

3.2.2 獲取任意類字節(jié)碼文件對象的方法分析

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

第二種方法：任何數據類型都具備一個靜態(tài)的屬性.class來獲取其對應的Class對象［3］。該方法直接用類名.class的形式即可得到該數據的字節(jié)碼文件對象，該方法的優(yōu)點是簡單，但還是要明確用到類中的靜態(tài)成員，缺點是擴展性受限。

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，此方法更為擴展［3］。該類中定義了一個靜態(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聯(lián)的Class對象，該方法在定義時拋了一個ClassNotFoundException類未找到異常，因此值得注意的是該forName方法的參數字符串類名應該填寫正確，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，擴展性更強。

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

常規(guī)創(chuàng)建對象，通過包名加類名的方式，創(chuàng)建類所對應的實體對象，這樣new對象后，就要在classpath路徑內尋找名為包名加類名的字節(jié)碼文件，并將其加載進內存，同時在堆內存中開辟一片空間。

通過反射創(chuàng)建對象，初期筆者手上只有字符串的類名，但是也想完成創(chuàng)建對象的動作。創(chuàng)建對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，加載進內存并在堆內存中開辟空間［4］。該步驟可通過Class.forName（“字符串包名＋類名”）方法進行實現。反射機制作用下，獲取其對象的方法是通過Class類中定義的方法newInstance（）方法實現的，該方法可創(chuàng)建此Class對象所表示的類的一個新實例［4］。同時該實例返回值是Object，因為Object可接受任意對象。

兩者創(chuàng)建實例的區(qū)別在于，傳統(tǒng)創(chuàng)建需要程序員根據使用對象的不同，反復在程序中創(chuàng)建不同的對象，擴展性極弱，若對象眾多，暫時無需使用到的對象也必須提前創(chuàng)建出來，極其浪費內存。而通過反射機制，可以將日后可能被使用到的對象類名寫入配置文件中，需要用時讓程序自身自動通過反射機制讀取配置文件，逐個加載即可，提高擴展性的同時降低了內存的消耗。

3.3 高校體育評測系統(tǒng)反射設計思路與開發(fā)步驟分析

3.3.1 可視化界面設計思路分析

由于該系統(tǒng)的主要功能是提供用戶進行高校體育成績測試結果與評分的換算，因此開發(fā)前期首先要進行評測系統(tǒng)的GUI即可視化界面設計。按照普通設計思路，每一個測試項目的換算都需要獨立設計一個測試類，也可以獨立設計成一個測試換算系統(tǒng)，這樣做的缺點是用戶在同時錄入多個測試項目時，需要頻繁的啟動并關閉不同的測評系統(tǒng)，浪費了大量的時間。而此系統(tǒng)在設計初期考慮到了使用反射機制來優(yōu)化系統(tǒng)功能，因此在GUI界面設計時，可以通過設計下拉菜單的方式，靈活方便的轉換體育評測項目，優(yōu)勢是不用關閉系統(tǒng)即可實現體育評測項目的切換，而該設計的技術基礎就是使用Java的反射機制完成。

3.3.2 接口與實現類的設計思路分析

設計初期，由于該系統(tǒng)是保障數據換算結果的輸出，那么此項目設計思路是首先定義一個測試接口，該接口中的抽象方法需要接受一個測試者測試項目的結果，由于不同項目的測試結果數據類型不同。如，50米跑、800米跑、立定跳遠等測試結果數據類型均是浮點型；而仰臥起坐、引體向上等測試結果數據類型又都是整數類型，為了統(tǒng)一方便，筆者將該方法接收的參數類型均設計成雙精度的浮點類型double。而該方法的轉換測試必然會有一個結果，那么該方法的返回值類型也設計成雙精度的double類型，該方法的方法名稱就直截了當地設計成test，以便于體現方法的見名知意。

緊接著，需要設計每一個運動項目的測試類，他們的共性特點都是測試，因此都需要實現之前設計的接口，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試方法的設計，才能使用該方法。

3.3.3 配置文件的創(chuàng)建步驟分析

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

圖一 創(chuàng)建反射機制關聯(lián)的配置文件test.properties

3.3.4 反射機制的實現步驟分析

下面筆者就要開始進行反射機制的代碼實現，首先需要通過緩沖字符輸入流BufferedReader關聯(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信息讀取進來，通過字符串的切割方法將鍵值對通過“＝”切成字符串數組，通過下拉菜單的選定測試項目類別與該字符串鍵值進行equals比對，如果比對成功，那么該鍵值對的值就是需要測試的項目類的類名，順利獲取該類名。流對象關聯(lián)配置文件切割并校對鍵值對如圖二所示：

圖二 流對象關聯(lián)配置文件切割并校對鍵值對

通過Class.forName（）方法，將上述獲取的類名作為參數傳遞給該方法，得到該類所對應的字節(jié)碼文件對象。AccessibleObject類是Field字段、Method方法和Constructor構造方法對象的基類［5］。它提供了將反射的對象標記為在使用時取消默認Java語言訪問控制檢查的能力［6］。通過該對象調用getMethod（）方法，同時將測試方法名稱“test “和該方法所需的參數類型的一個靜態(tài)屬性.class來獲取其對應的Class對象，再通過之前字節(jié)碼文件對象調用newInstance（）方法，創(chuàng)建測試類實例對象，最后通過方法類的invoke（）方法將對象實例和文本框中獲取的測試數據傳遞給該方法參數，最后得到測試類轉換的分值。再通過文本域將轉換后的分值通過字符串表現在文本域中。反射機制完成對象建立并調用方法進行成績換算如圖三所示：

圖三 反射機制完成對象建立并調用方法進行成績換算

4 結論與建議

4.1 結論

前期開發(fā)的NJFU＿PECS高校體育成績評測系統(tǒng)過于臃腫，代碼量過于冗長［7］［8］。反射機制在本系統(tǒng)性能優(yōu)化中使代碼更加靈活，更加容易實現面向對象，大大地提高了程序的擴展性，實際優(yōu)勢表現為在不關閉系統(tǒng)前提下實現體育評測項目的切換；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展性，反射機制是程序開發(fā)的普遍設計趨勢和方向；為了更具體的描述配置文件中的信息，后期可使用XML結構性的標記語言進行數據的描述與封裝，再使用dom4j解析XML文檔更利于維護。