介绍Java反射机制的概念及使用方法

一、Java反射机制概述

1. Java Reflection

（1）Reflection（反射）是被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期 借助于ReflectionAPI取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内 部属性及方法。

（2）加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象就包含了完整的类的结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，我们形象的称之为：反射。

2. 动态语言 vs 静态语言

（1）动态语言

是一类在运行时可以改变其结构的语言：例如新的函数、对象、甚至代码可以 被引进，已有的函数可以被删除或是其他结构上的变化。通俗点说就是在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构。

主要动态语言：Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python、Erlang。

（2）静态语言

与动态语言相对应的，运行时结构不可变的语言就是静态语言。如Java、C、C++。Java不是动态语言，但Java可以称之为“准动态语言”。即Java有一定的动态性，我们可以利用反射机制、字节码操作获得类似动态语言的特性。 Java的动态性让编程的时候更加灵活！

（3）Java反射机制研究及应用

Java反射机制提供的功能

1. 在运行时判断任意一个对象所属的类

2. 在运行时构造任意一个类的对象

3. 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法

4. 在运行时获取泛型信息 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法

5. 在运行时处理注解 生成动态代理

反射相关的主要API

1. java.lang.Class:代表一个类

2. java.lang.reflect.Method:代表类的方法

3. java.lang.reflect.Field:代表类的成员变量

4. java.lang.reflect.Constructor:代表类的构造器  … …

二、 Class类的理解

1. 类的加载过程

1.1 初步了解

程序经过javac.exe命令以后，会生成一个或多个字节码文件(.class结尾)。
接着我们使用java.exe命令对某个字节码文件进行解释运行。相当于将某个字节码文件加载到内存中。此过程就称为类的加载。加载到内存中的类，我们就称为运行时类，此运行时类，就作为Class的一个实例。

换句话说，Class的实例就对应着一个运行时类。

加载到内存中的运行时类，会缓存一定的时间。在此时间之内，我们可以通过不同的方式来获取此运行时类。

1.2 类的加载过程图解

当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过如下三个步骤来对该类进行初始化。

类的加载：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口（即引用地址）。所有需要访问和使用类数据只能通过这个Class对象。这个加载的过程需要类加载器参与。

类的链接：将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。
● 验证：确保加载的类信息符合JVM规范，例如：以cafe开头，没有安全方面的问题
● 准备：正式为类变量（static）分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存 都将在方法区中进行分配。
● 解析：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。

类的初始化：
● 执行类构造器【clinit】()方法的过程。类构造器【clinit】()方法是由编译期自动收集类中 所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信 息的，不是构造该类对象的构造器）。
● 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类 的初始化。
● 虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

public class ClassLoadingTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(A.m);
} }
class A {
static { m = 300;
}
static int m = 100;
}
//第二步：链接结束后m=0
//第三步：初始化后，m的值由()方法执行决定
// 这个A的类构造器()方法由类变量的赋值和静态代码块中的语句按照顺序合并产生，类似于
// (){
// m = 300;
// m = 100;
// }

1.3 了解：什么时候会发生类初始化？

类的主动引用（一定会发生类的初始化）

1. 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类

2. new一个类的对象

3. 调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法

4. 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用

5. 当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化它的父类

类的被动引用（不会发生类的初始化）

1. 当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化

2. 当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化

3. 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化

4. 引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）

1.4 类加载器的作用

类加载的作用：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为 方法区中类数据的访问入口。
类缓存：标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器 中，它将维持加载（缓存）一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。

1.5 JVM中不同类型的类的加载器

1.6 代码演示

不同类型的类的加载器：

 @Test
    public void test1(){
        //对于自定义类，使用系统类加载器进行加载
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2:系统类加载器
        //调用系统类加载器的getParent()：获取扩展类加载器
        ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
        System.out.println(classLoader1);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@279f2327：扩展类加载器
        //调用扩展类加载器的getParent()：无法获取引导类加载器
        //引导类加载器主要负责加载java的核心类库，无法加载自定义类的。
        ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
        System.out.println(classLoader2);//null

        ClassLoader classLoader3 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader3);//null

    }

使用系统类加载器读取Properties配置文件。

 /*
    Properties：用来读取配置文件。

     */
    @Test
    public void test2() throws Exception {

        Properties pros =  new Properties();
        //此时的文件默认在当前的module下。
        //读取配置文件的方式一：//        FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");//        FileInputStream fis = new FileInputStream("src\\jdbc1.properties");//        pros.load(fis);

        //读取配置文件的方式二：使用ClassLoader
        //配置文件默认识别为：当前module的src下
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");
        pros.load(is);


        String user = pros.getProperty("user");
        String password = pros.getProperty("password");
        System.out.println("user = " + user + ",password = " + password);
    }}

2. 何为Class类？

Class类在Object类中定义了以下的方法，此方法将被所有子类继承：

public final Class getClass()

以上的方法返回值的类型是一个Class类，此类是Java反射的源头，实际上所谓反射从程序的运行结果来看也很好理解，即：可以通过对象反射求出类的名称。

对象照镜子后可以得到的信息：某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。对于每个类而言，JRE 都为其保留一个不变的Class类型的对象。
一个 Class对象包含了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitivetype/void/[])的有关信息。

Class本身也是一个类

Class 对象只能由系统建立对象

一个加载的类在 JVM中只会有一个Class实例

一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件

每个类的实例都会记得自己是由哪个Class 实例所生成

通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构

Class类是Reflection的根源，针对任何你想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的

3. Class类的常用方法方法

3. 哪些类型可以有Class对象？

（1）class： 外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类
（2）interface：接口
（3）[]：数组
（4）enum：枚举
（5）annotation：注解@interface
（6）primitive type：基本数据类型
（7）void

三、获取Class类实例的四种方法

1. 调用运行时类的属性：.class

前提：若已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠， 程序性能最高
示例： Class clazz1 = String.class;

2. 通过运行时类的对象,调用getClass()

前提：已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象
示例：Class clazz = “www.atguigu.com”.getClass();

3.调用Class的静态方法：forName(String classPath)

前提：已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方法forName() 获取，可能抛出ClassNotFoundException
示例： Class clazz = Class.forName(“java.lang.String”);

4. 使用类的加载器：ClassLoader

示例：
ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();
Class clazz4 = cl.loadClass(“类的全类名”);

5. 代码演示

@Testpublic void test1() throws ClassNotFoundException {
            //方式一：调用运行时类的属性：.class
            Class clazz1 = Person.class;
            System.out.println(clazz1);//class com.jiaying.java1.Person
            //方式二：通过运行时类的对象,调用getClass()
            Person p1 = new Person();
            Class clazz2 = p1.getClass();
            System.out.println(clazz2);//class com.jiaying.java1.Person

            //方式三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)
            Class clazz3 = Class.forName("com.jiaying.java1.Person");
            Class clazz5 = Class.forName("java.lang.String");
            System.out.println(clazz3);//class com.jiaying.java1.Person
            System.out.println(clazz5);//class java.lang.String

            System.out.println(clazz1 == clazz2);//true
            System.out.println(clazz1 == clazz3);//true

            //方式四：使用类的加载器：ClassLoader  (了解)
            ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
            Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.jiaying.java1.Person");
            System.out.println(clazz4);//class com.jiaying.java1.Person
            System.out.println(clazz1 == clazz4);//true}

四、 创建运行时类的对象

1. 引入

有了Class对象，能做什么？

创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法
要求：

1. 类必须有一个无参数的构造器。

2. 类的构造器的访问权限需要足够。

难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗？
不是！只要在操作的时候明确的调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。
步骤如下：

1. 通过Class类的getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)取得本类的指定形参类型的构造器

2. 向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数。

3. 通过Constructor实例化对象。

2. 语法步骤

（1）根据全类名获取对应的Class对象

String name = “atguigu.java.Person";Class clazz = null;clazz = Class.forName(name);

（2）调用指定参数结构的构造器，生成Constructor的实例

Constructor con = clazz.getConstructor(String.class,Integer.class);

（3）通过Constructor的实例创建对应类的对象，并初始化类属性

Person p2 = (Person) con.newInstance("Peter",20);System.out.println(p2);

3. 代码演示

 @Test
    public void test1() throws IllegalAccessException, InstantiationException {

        Class clazz = Person.class;
        /*
        newInstance():调用此方法，创建对应的运行时类的对象。内部调用了运行时类的空参的构造器。

        要想此方法正常的创建运行时类的对象，要求：
        1.运行时类必须提供空参的构造器
        2.空参的构造器的访问权限得够。通常，设置为public。


        在javabean中要求提供一个public的空参构造器。原因：
        1.便于通过反射，创建运行时类的对象
        2.便于子类继承此运行时类时，默认调用super()时，保证父类有此构造器

         */
        Person obj = clazz.newInstance();
        System.out.println(obj);

    }

4. 体会反射的动态性

//体会反射的动态性
    @Test
    public void test2(){

        for(int i = 0;i < 100;i++){
            int num = new Random().nextInt(3);//0,1,2
            String classPath = "";
            switch(num){
                case 0:
                    classPath = "java.util.Date";
                    break;
                case 1:
                    classPath = "java.lang.Object";
                    break;
                case 2:
                    classPath = "com.atguigu.java.Person";
                    break;
            }

            try {
                Object obj = getInstance(classPath);
                System.out.println(obj);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    /*
    创建一个指定类的对象。
    classPath:指定类的全类名
     */
    public Object getInstance(String classPath) throws Exception {
       Class clazz =  Class.forName(classPath);
       return clazz.newInstance();
    }}

五、获取运行时类的完整结构

提供具有丰富内容的Person类

//接口public interface MyInterface {
    void info();}//注解@Target({TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER, CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE})@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)public @interface MyAnnotation {
    String value() default "hello";}//父类public class Creature implements Serializable {
    private char gender;
    public double weight;

    private void breath(){
        System.out.println("生物呼吸");
    }

    public void eat(){
        System.out.println("生物吃东西");
    }}//Person类@MyAnnotation(value="hi")public class Person extends Creature implements Comparable,MyInterface{

    private String name;
    int age;
    public int id;

    public Person(){}

    @MyAnnotation(value="abc")
    private Person(String name){
        this.name = name;
    }

     Person(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @MyAnnotation
    private String show(String nation){
        System.out.println("我的国籍是：" + nation);
        return nation;
    }

    public String display(String interests,int age) throws NullPointerException,ClassCastException{
        return interests + age;
    }


    @Override
    public void info() {
        System.out.println("我是一个人");
    }

    @Override
    public int compareTo(String o) {
        return 0;
    }

    private static void showDesc(){
        System.out.println("我是一个可爱的人");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", id=" + id +
                '}';
    }}

1. 获取当前运行时类的属性结构

• Field方法中：

    @Test
    public void test1(){

        Class clazz = Person.class;

        //获取属性结构
        //getFields():获取当前运行时类及其父类中声明为public访问权限的属性
        Field[] fields = clazz.getFields();
        for(Field f : fields){
            System.out.println(f);
        }
        System.out.println();

        //getDeclaredFields():获取当前运行时类中声明的所有属性。（不包含父类中声明的属性）
        Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
        for(Field f : declaredFields){
            System.out.println(f);
        }
    }

    //权限修饰符  数据类型 变量名
    @Test
    public void test2(){
        Class clazz = Person.class;
        Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
        for(Field f : declaredFields){
            //1.权限修饰符
            int modifier = f.getModifiers();
            System.out.print(Modifier.toString(modifier) + "\t");

            //2.数据类型
            Class type = f.getType();
            System.out.print(type.getName() + "\t");

            //3.变量名
            String fName = f.getName();
            System.out.print(fName);

            System.out.println();
        }
    }}

2. 获取当前运行时类的方法结构

• Method类中：

    @Test
    public void test1(){

        Class clazz = Person.class;

        //getMethods():获取当前运行时类及其所有父类中声明为public权限的方法
        Method[] methods = clazz.getMethods();
        for(Method m : methods){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println();
        //getDeclaredMethods():获取当前运行时类中声明的所有方法。（不包含父类中声明的方法）
        Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
        for(Method m : declaredMethods){
            System.out.println(m);
        }
    }
  /*
    @Xxxx
    权限修饰符  返回值类型  方法名(参数类型1 形参名1,...) throws XxxException{}
     */
    @Test
    public void test2(){
        Class clazz = Person.class;
        Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
        for(Method m : declaredMethods){
            //1.获取方法声明的注解
            Annotation[] annos = m.getAnnotations();
            for(Annotation a : annos){
                System.out.println(a);
            }

            //2.权限修饰符
            System.out.print(Modifier.toString(m.getModifiers()) + "\t");

            //3.返回值类型
            System.out.print(m.getReturnType().getName() + "\t");

            //4.方法名
            System.out.print(m.getName());
            System.out.print("(");
            //5.形参列表
            Class[] parameterTypes = m.getParameterTypes();
            if(!(parameterTypes == null && parameterTypes.length == 0)){
                for(int i = 0;i < parameterTypes.length;i++){

                    if(i == parameterTypes.length - 1){
                        System.out.print(parameterTypes[i].getName() + " args_" + i);
                        break;
                    }

                    System.out.print(parameterTypes[i].getName() + " args_" + i + ",");
                }
            }

            System.out.print(")");

            //6.抛出的异常
            Class[] exceptionTypes = m.getExceptionTypes();
            if(exceptionTypes.length > 0){
                System.out.print("throws ");
                for(int i = 0;i < exceptionTypes.length;i++){
                    if(i == exceptionTypes.length - 1){
                        System.out.print(exceptionTypes[i].getName());
                        break;
                    }

                    System.out.print(exceptionTypes[i].getName() + ",");
                }
            }


            System.out.println();
        }



    }}

3. 获取当前运行时类的构造器结构

• Constructor类中：

/*
    获取构造器结构

     */
    @Test
    public void test1(){

        Class clazz = Person.class;
        //getConstructors():获取当前运行时类中声明为public的构造器
        Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
        for(Constructor c : constructors){
            System.out.println(c);
        }

        System.out.println();
        //getDeclaredConstructors():获取当前运行时类中声明的所有的构造器
        Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor c : declaredConstructors){
            System.out.println(c);
        }

    }
 /*
    获取运行时类的父类

     */
    @Test
    public void test2(){
        Class clazz = Person.class;

        Class superclass = clazz.getSuperclass();
        System.out.println(superclass);
    }

    /*
    获取运行时类的带泛型的父类

     */
    @Test
    public void test3(){
        Class clazz = Person.class;

        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        System.out.println(genericSuperclass);
    }

    /*
    获取运行时类的带泛型的父类的泛型


    代码：逻辑性代码  vs 功能性代码
     */
    @Test
    public void test4(){
        Class clazz = Person.class;

        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
        //获取泛型类型
        Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();//        System.out.println(actualTypeArguments[0].getTypeName());
        System.out.println(((Class)actualTypeArguments[0]).getName());
    }/*
    获取运行时类实现的接口
     */
    @Test
    public void test5(){
        Class clazz = Person.class;

        Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
        for(Class c : interfaces){
            System.out.println(c);
        }

        System.out.println();
        //获取运行时类的父类实现的接口
        Class[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
        for(Class c : interfaces1){
            System.out.println(c);
        }

    }
    /*
        获取运行时类所在的包

     */
    @Test
    public void test6(){
        Class clazz = Person.class;

        Package pack = clazz.getPackage();
        System.out.println(pack);
    }

    /*
        获取运行时类声明的注解

     */
    @Test
    public void test7(){
        Class clazz = Person.class;

        Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
        for(Annotation annos : annotations){
            System.out.println(annos);
        }
    }}

六、调用运行时类的指定结构

关于setAccessible方法的使用

Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法。

setAccessible启动和禁用访问安全检查的开关。

参数值为true则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查。

提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被 调用，那么请设置为true，使得原本无法访问的私有成员也可以访问，参数值为false则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查。

1. 调用运行时类中指定的属性

在反射机制中，可以直接通过Field类操作类中的属性，通过Field类提供的set()和 get()方法就可以完成设置和取得属性内容的操作。

在Field中：

代码演示：

public class ReflectionTest {
    @Test
    public void testField() throws Exception {
        Class clazz = Person.class;

        //创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();


        //获取指定的属性：要求运行时类中属性声明为public
        //通常不采用此方法
        Field id = clazz.getField("id");

        /*
        设置当前属性的值

        set():参数1：指明设置哪个对象的属性   参数2：将此属性值设置为多少
         */

        id.set(p,1001);

        /*
        获取当前属性的值
        get():参数1：获取哪个对象的当前属性值
         */
        int pId = (int) id.get(p);
        System.out.println(pId);


    }
    /*
    如何操作运行时类中的指定的属性 -- 需要掌握
     */
    @Test
    public void testField1() throws Exception {
        Class clazz = Person.class;

        //创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();

        //1. getDeclaredField(String fieldName):获取运行时类中指定变量名的属性
        Field name = clazz.getDeclaredField("name");

        //2.保证当前属性是可访问的
        name.setAccessible(true);
        //3.获取、设置指定对象的此属性值
        name.set(p,"Tom");

        System.out.println(name.get(p));
    }

2. 调用运行时类中的指定的方法

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。步骤：

1. 通过Class类的getMethod(String name,Class…parameterTypes)方法取得 一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型。

2. 之后使用Object invoke(Object obj, Object[] args)进行调用，并向方法中 传递要设置的obj对象的参数信息。

Object invoke(Object obj, Object … args)
说明：
Object 对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null

若原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null

若原方法形参列表为空，则Object[] args为null
若原方法声明为private,则需要在调用此invoke()方法前，显式调用 方法对象的setAccessible(true)方法，将可访问private的方法。

代码演示：

 /*
    如何操作运行时类中的指定的方法 -- 需要掌握
     */
    @Test
    public void testMethod() throws Exception {

        Class clazz = Person.class;

        //创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();

        /*
        1.获取指定的某个方法
        getDeclaredMethod():参数1 ：指明获取的方法的名称  参数2：指明获取的方法的形参列表
         */
        Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);
        //2.保证当前方法是可访问的
        show.setAccessible(true);

        /*
        3. 调用方法的invoke():参数1：方法的调用者  参数2：给方法形参赋值的实参
        invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值。
         */
        Object returnValue = show.invoke(p,"CHN"); //String nation = p.show("CHN");
        System.out.println(returnValue);

        System.out.println("*************如何调用静态方法*****************");

        // private static void showDesc()

        Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
        showDesc.setAccessible(true);
        //如果调用的运行时类中的方法没有返回值，则此invoke()返回null//        Object returnVal = showDesc.invoke(null);
        Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
        System.out.println(returnVal);//null

    }

3. 调用运行时类中的指定的构造器

代码演示：

  /*
    如何调用运行时类中的指定的构造器
     */
    @Test
    public void testConstructor() throws Exception {
        Class clazz = Person.class;

        //private Person(String name)
        /*
        1.获取指定的构造器
        getDeclaredConstructor():参数：指明构造器的参数列表
         */

        Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);

        //2.保证此构造器是可访问的
        constructor.setAccessible(true);

        //3.调用此构造器创建运行时类的对象
        Person per = (Person) constructor.newInstance("Tom");
        System.out.println(per);

    }}