Java et la réflexivité

Java reflection is useful because it supports dynamic retrieval of information about classes and data structures by name, and allows for their manipulation within an executing Java program. This feature is extremely powerful and has no equivalent in other conventional languages such as C, C++, Fortran, or Pascal. Glen McCluskey has focused on programming languages since He consults in the areas of Java and C++ performance, testing, and technical documentation.

Réflexivité en Java ? La réflexivité en Java permet à un programme Java de sexaminer en cours dexécution de manipuler ses propriétés internes. Par exemple, une classe Java peut obtenir le nom de tous ses membres. Utilisation connue de la réflexivité : la composition visuelle de Beans Loutil utilise la réflexivité pour obtenir les propriétés des composants (classes) lorsquils sont dynamiquement chargés.

Que peut on faire ? Obtenir des informations sur les classes Simuler lopérateur instanceof Découvrir la liste et le descriptif des méthodes Obtenir des informations sur les constructeurs Avoir des informations sur les variables Invoquer des méthodes, des constructeurs, affecter des variables Créer des objets et des tableaux dynamiquement lors de l exécution du programme sans connaître à la compilation le nom et les arguments dune méthode / constructeur le nom de la variable le type des objets, des tableaux….

Réflexivité = un package Java java.lang.reflect.* des classes : Object AccessibleObject Constructor Field Method Array InvocationTargetException Modifier ReflectPermission une interface : Member

Un exemple simple public class DumpMethods { public static void main(String args[]) { try { Class c = Class.forName(args[0]); Method m[] = c.getDeclaredMethods(); for (int i = 0; i < m.length; i++) System.out.println(m[i].toString()); } catch (Throwable e) {System.err.println(e);} } public java.lang.Object java.util.Stack.push(java.lang.Object) public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.pop() public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.peek() public boolean java.util.Stack.empty() public synchronized int java.util.Stack.search(java.lang.Object) java.util.Stack

Oui mais comment ? Comment travailler avec les classes du package reflect ? Obtenir un objet java.lang.Class Récupérer des informations sur la classe Utiliser lAPI de reflect Illustration à partir de lexemple

Classe Class Les instances de Class représentent les classes et les interfaces dune application Java. Tous les tableaux sont aussi instances de Class (type des éléments, dimension). Les types primitifs (boolean, byte, char, short, int, long, float, double) et le mot clé void sont aussi des objets Class. Cette classe na pas de constructeur public. Les instances sont créées automatiquement par la VM lorsque les classes sont chargées et par la méthode defineClass des class loader.

Obtenir un objet java.lang.Class représentant de la classe que lon veut manipuler : Pour les types fondamentaux Class c = int.class; ou Class c = Integer.TYPE; TYPE est une variable prédéfinie du wrapper (Integer, par exemple) du type fondamental. Pour les autres classes Class c = Class.forName("java.lang.String");

Récupérer des informations sur la classe Appeler une méthode sur lobjet classe récupéré : getDeclaredMethods : pour obtenir la liste de toutes les méthodes déclarées dans la classe getConstructors : pour obtenir la liste des constructeurs dans la classe getDeclaredFields : pour obtenir la liste des variables déclarées dans la classe (quelque soit laccesseur et non héritée) getFields : pour obtenir la liste des variables publiques accessibles....

Utiliser lAPI de reflect Par exemple : Class c = Class.forName("java.lang.String"); Method m[] = c.getDeclaredMethods(); System.out.println(m[0]).toString()); pour manipuler linformation

Comment Simuler lopérateur instanceOf public class instance1 { public static void main(String args[]) {try {Class cls = Class.forName("A"); boolean b1 = cls.isInstance(new Integer(37)); System.out.println(b1); boolean b2 = cls.isInstance(new A()); System.out.println(b2); } catch (Throwable e) {System.err.println(e)} } Il existe une Classe A et on veut vérifier si certaines instances sont de cette classe ou pas. FALSE TRUE

classe AccessibleObject et interface Member AccessibleObject : Classe de base de Field, Method et Constructor. Permet de supprimer ou de valider la vérification faite par défaut concernant les contrôles daccès. Ces vérifications (sur private, public, package..) sont effectuées lorsquon affecte ou lit des champs, lorsquon invoque une méthode et lorsquon crée une instance. Member : interface qui réifie les informations communes à un membre (champ ou méthode) ou à un constructeur.

Classes Method, Field et Constructor Method fournit les informations et les accès à une méthode (de classe, dinstance ou abstraite) dune classe ou dune interface. Field fournit les informations et accès dynamiques aux champs (static ou dinstances) dune classe ou dune interface. Constructor fournit des informations et des accès à un constructeur dune classe.

Les méthodes dune classe ? 1.récupérer l objet Class que lon souhaite observer, 2.récupérer la liste des objets Method par getDeclaredMethods : méthodes définies dans cette classe (public, protected, package, et private) getMethods permet dobtenir aussi les informations concernant les méthodes héritées 3.A partir des objets méthodes il est facile de récupérer : les types de paramètres, les types dexception, et le type de largument retourné sous la forme dun type fondamental ou dun objet classe.

Exemple de programme Class cls = Class.forName("method1"); Method methlist[] = cls.getDeclaredMethods(); for (int i = 0; i < methlist.length; i++) { Method m = methlist[i]; System.out.println("name = " + m.getName()); System.out.println("decl class = " + m.getDeclaringClass()); Class pvec[] = m.getParameterTypes(); for (int j = 0; j < pvec.length; j++) System.out.println("param #" + j + " " + pvec[j]); Class evec[] = m.getExceptionTypes(); for (int j = 0; j < evec.length; j++) System.out.println("exc #" + j + " " + evec[j]); System.out.println("return type = " + m.getReturnType());}

Exemple dexécution name = f1 decl class = class method1 param #0 class java.lang.Object param #1 int exc #0 class java.lang.NullPointerException return type = int name = main decl class = class method1 param #0 class java.lang.String return type = void public class method1 { private int f1(Object p, int x) throws NullPointerException {……..} public static void main(String args[]) {….}

Informations sur les constructeurs Les constructeurs sont similaires aux méthodes mais ne renvoient pas de résultat

Découverte des variables Similaire à la découverte de méthodes et de constructeurs. lutilisation de la classe Modifier. Modifier représente les modifiers des variables (private int...). Ils sont eux mêmes représentés par un integer, Modifier.toString renvoie la chaine correspondant à lordre « officiel » ("static" avant "final"). On peut obtenir les informations sur les variables définies dans les super classes par getFields.

Invocation des méthodes par leur nom Equivalent du apply de Scheme pour invoquer une méthode m dont le nom est spécifié à lexécution (dans le cadre de lenvironnement de développement des JavaBeans par exemple) 1.Trouver une méthode dans une classe getMethod à partir des types de ses paramètres et de son nom. 2. La stocker dans un objet Method 3.Construire la liste des paramètres dappel 4. Faire lappel Si on manipule un type fondamental à lappel ou au retour lencapsuler dans la classe correspondante (int, Integer)

Exemple de programme Class cls = Class.forName("method2"); Class partypes[] = new Class[2]; partypes[0] = Integer.TYPE; partypes[1] = Integer.TYPE; Method meth = cls.getMethod("add",partypes); method2 methobj = new method2(); Object arglist[] = new Object[2]; arglist[0] = new Integer(37); arglist[1] = new Integer(47); Object retobj = meth.invoke(methobj, arglist); Integer retval = (Integer)retobj; System.out.println(retval.intValue())

Exemple dexécution public class method2 { public int add(int a, int b) { return a + b; } public static void main(String args[]) {…… …… } ?

Création de nouveaux objets Invoquer un constructeur implique de créer un nouvel objet (allouer de la mémoire et construire lobjet) 1.Trouver un constructeur qui accepte les types spécifiés 2.Linvoquer Création purement dynamique avec recherche (lookup) du constructeur et invocation à lexécution et non à la compilation.

Utilisation des tableaux Création et manipulation des tableaux. Array = un type spécial de classe Le type du tableau qui est créé est dynamique et na pas besoin dêtre connu à la compilation

Réflexivité = un package Java java.lang.reflect.* des classes : Object AccessibleObject Constructor Field Method Array InvocationTargetException Modifier ReflectPermission une interface : Member

Exemples concrets dapplications En RMI ? Que font les stubs ? Comment peut on utiliser la réflexivité pour les écrire ? 1.Trouver la liste des méthodes Remote 2.Du côté client 1.Sérialiser et envoyer sur le réseau 2.Attendre le résultat sérialisé et le restructurer 3.Dou côté du serveur 1.Déserialiser ce qui est reçu et invoquer la méthode avec les paramètres 2.Récupérer le résultat, le sérialiser et lenvoyer au client

Un peu plus de réflexivité Les ClassLoader ????

Classe ClassLoader ClassLoader est une classe abstraite. Un class loader est un objet responsable du chargement des classes Un nom de classe donné, il peut localiser ou générer les données qui constituent une définition de la classe. Chaque objet Class a une référence à un ClassLoader qui le définit. Applications implémentent des sous classes de ClassLoader afin détendre la façon de dynamiquement charger des classes par la VM. (utilisation de manager de sécurité, par exemple) Le chargement fonctionne par délégation

ClassLoader ? En UNIX la VM charge les classes à partir des chemins définis dans CLASSPATH (checkClassPath sous VA). Certaines classes peuvent être obtenues à partir dautres sources, telles que le réseau ou construite par une application. La méthode defineClass convertit un tableau doctets en une instance de Class. Instances pouvant être créées grâce à newInstance Les méthodes et constructeurs créés par un class loader peuvent référencer dautres classes (loadClass du class loader de cette classe).

Exemple de chargement de classe Un class loader qui permet de charger des fichiers de classes via le réseau ClassLoader loader=new NetworkClassLoader(host,port); Object main= loader.loadClass("Main", true).newInstance(); …. NetworkClassLoader doit définir findClass et loadClassData pour charger et defineClass pour créer une instance de Class.

NetworkClassLoader class NetworkClassLoader extends ClassLoader { String host; int port; public Class findClass(String name) { byte[] b = loadClassData(name); return defineClass(name, b, 0, b.length); } private byte[] loadClassData(String name) { // load the class data from the connection ….. }}

Utilité et utilisation RMI

Que doit connaître le client ? Lorsqu un objet serveur est passé à un programme, soit comme paramètre soit comme valeur de retour, ce programme doit être capable de travailler avec le stub associé Le programme client doit connaître la classe du stub

Que doit connaître le client ? les classes des paramètres, des valeurs de retour et des exceptions doivent aussi être connues... –Une méthode distante est déclarée avec un type de valeur de retour... –...mais il se peut que l objet réellement renvoyé soit une sous-classe du type déclaré

Que doit connaître le client ? Le client doit disposer des classes de stub, classes des objets retournés… copier les classes sur le système de fichiers local du client (CLASSPATH)......cependant, si le serveur est mis à jour et que de nouvelles classes apparaissent, il devient vite pénible de mettre à jour le client C est pourquoi les clients RMI peuvent charger automatiquement des classes de stub depuis un autre emplacement –Il s agit du même type de mécanisme pour les applets qui fonctionnent dans un navigateur

Chargement dynamique des classes Problème de sécurité Le programme client télécharge du code sur le réseau Ce code pourrait contenir des virus ou effectuer des opérations non attendues !!! Utilisation d un gestionnaire de sécurité pour les applications de clients RMI Possibilité de créer des gestionnaires de sécurité personnalisés pour des applications spécifiques RMI fournit des gestionnaires de sécurité suffisants pour un usage classique

Pour ne plus déployer les classes du serveur chez le client Utilisation des chargeurs de classes qui téléchargent des classes depuis une URL Utilisation d un serveur Web qui fournit les classes Ce que ça change Bien entendu, les classes et interfaces de l objet distant ne changent pas Le code du serveur ne change pas le client et la façon de le démarrer sont modifiés Et lancer un serveur Web pour nos classes Chargement dynamique

Séparation des classes –Serveur (fichiers nécessaires a l'exécution du serveur) HelloWorldServer.class HelloWorldImpl.class HelloWorld.class HelloWorldImpl_Stub.class –Download (fichiers de classes à charger dans le programme client) HelloWorldImpl_Stub.class –Client (fichiers nécessaires au démarrage du client) HelloWorld.class HelloWorldClient.class Hello World : chargement dynamique

Mettre les classes Download dans le répertoire des documents Web du serveur Web, accessibles via une URL –le chargeur de classes ira chercher les classes à un emplacement de type }; Hello World : Démarrage du serveur Web

–Le programme Java client doit pouvoir se connecter aux ports de la base de registres RMI et des implémentations des objets de serveur, ainsi qu'au port du serveur Web –Fichier client.policy grant { permission java.net.SocketPermission "*: ", "connect,resolve"; permission java.net.SocketPermission "*:80", "connect"; }; Hello World : Politiques de sécurité

Le client intègre un gestionnaire de sécurité RMI pour les stubs téléchargés dynamiquement import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; public class HelloWorldClient { public static void main(String[] args) { try { // Installe un gestionnaire de sécurité RMI System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); System.out.println("Recherche de l'objet serveur..."); HelloWorld hello = (HelloWorld)Naming.lookup("rmi://server/HelloWorld"); System.out.println("Invocation de la méthode sayHello..."); String result = hello.sayHello(); System.out.println("Affichage du résultat :"); System.out.println(result); } catch(Exception e) { e.printStackTrace(); } Hello World : gestionnaire de sécurité RMI

–1) Lancer la base de registres RMI (elle doit pouvoir accéder aux classes Download - CLASSPATH) > rmiregistry –2) Lancer le serveur Web servant les fichiers de classes Download –3) Lancer le serveur (les classes Server doivent être accessibles) > java HelloWorldServer Création de l'objet serveur... Référencement dans le RMIRegistry... Attente d'invocations - CTRL-C pour stopper Hello World : Démarrage coté serveur

–Le client doit pouvoir se connecter à des machines distantes pour la base de registres RMI, les objets de serveur ainsi que le serveur Web On doit lui fournir un fichier client.policy –Le client doit bien connaître l'emplacement des classes afin de pouvoir les télécharger On va le lui préciser lors du lancement > java -Djava.security.policy=client.policy -Djava.rmi.server.codebase= HelloWorldClient Hello World : Démarrage coté client

Quelques Informations utiles sur la sérialisation Java

Sérialisation-Desérialisation Enregistrer ou récupérer des objets dans un flux –Persistance –Transfert sur le réseau

Sérialisation Via la méthode writeObject() –Classe implémentant linterface OutputObject –Exemple : la classe OutputObjectStream –Sérialisation dun objet -> sérialisation de tous les objets contenus par cet objets Un objet est sauvé quune fois : cache pour les listes circulaires

Desérialisation Via la méthode readObject() –Classe implémentant linterface InputObject –Exemple : la classe InputObjectStream

Exception NotSerializableException Si la classe de lobjet sauvé –Nétend ni linterface Java Serializable –Ni linterface Java Externalizable

Interface Serializable Ne contient pas de méthode -> enregistrement et récupération de toutes les variables dinstances (pas de static) + informations sur sa classe (nom, version), type et nom des variables 2 classes compatibles peuvent être utilisées Objet récupéré = une copie de lobjet enregistré

Gestion de la sérialisation desérialisation Implémenter les méthodes private void writeObject(OutputObjectStream s) throws IOException private void readObject(OutputInputStream s) throws IOException defaultReadObject() et defaultWriteObject() méthodes par défaut Ajout dinformations à lenregistrement, choix de sérialisation Seulement pour les champs propres de la classe (héritage géré automatiquement)

Gestion complète de la sérialisation desérialisation : utiliser Externalizable Graphe dhéritage complet Implémenter les méthodes public void writeExternal(ObjectOutput o) throws IOException public void readExternal(ObjectInput o) throws IOException –ATTENTION PBM de SECURITE