JAVA基础：反射基础

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内容图文

JAVA基础：反射基础

• JAVA基础：反射基础
  • 1 反射基础
    • 1.1 概念
    • 1.2 Class类
    • 1.3 类加载
  • 2 反射的使用
    • 2.1 Class类对象的获取
    • 2.2 Construct类
    • 2.3 Field类
    • 2.4 Method类
  • 3 反射原理
    • 3.1 执行流程
    • 3.2 其他过程原理
  • 参考

1 反射基础

1.1 概念

反射就是把java类中的各种成分映射成一个个的Java对象

例如：一个类有：成员变量、方法、构造方法、包等等信息，利用反射技术可以对一个类进行解剖，把个个组成部分映射成一个个对象。

• JAVA反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；

• 对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；

• 这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

• Java反射机制在框架设计中极为广泛，需要深入理解。

RRIT（Run-Time Type Identification）运行时类型识别。在《Thinking in Java》一书第十四章中有提到，其作用是在运行时识别一个对象的类型和类的信息。主要有两种方式：一种是“传统的”RTTI，它假定我们在编译时已经知道了所有的类型；另一种是“反射”机制，它允许我们在运行时发现和使用类的信息。

我们首先需要理解 Class类，以及类的加载机制； 然后基于此我们如何通过反射获取Class类以及类中的成员变量、方法、构造方法等

1.2 Class类

Class类，Class类也是一个实实在在的类，存在于JDK的java.lang包中。

Class类的实例表示java应用运行时的类(class ans enum)或接口(interface and annotation)（每个java类运行时都在JVM里表现为一个class对象，可通过类名.class、类型.getClass()、Class.forName("类名")等方法获取class对象）。

数组同样也被映射为为class 对象的一个类，所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该 Class 对象。基本类型boolean，byte，char，short，int，long，float，double和关键字void同样表现为 class 对象。

public final class Class<T> implements java.io.Serializable,
                              GenericDeclaration,
                              Type,
                              AnnotatedElement {
    private static final int ANNOTATION= 0x00002000;
    private static final int ENUM      = 0x00004000;
    private static final int SYNTHETIC = 0x00001000;

    private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }

    /*
     * Private constructor. Only the Java Virtual Machine creates Class objects.   //私有构造器，只有JVM才能调用创建Class对象
     * This constructor is not used and prevents the default constructor being
     * generated.
     */
    private Class(ClassLoader loader) {
        // Initialize final field for classLoader.  The initialization value of non-null
        // prevents future JIT optimizations from assuming this final field is null.
        classLoader = loader;
    }

到这我们也就可以得出以下几点信息：

• Class类也是类的一种，与class关键字是不一样的。
• 手动编写的类被编译后会产生一个Class对象，其表示的是创建的类的类型信息，而且这个Class对象保存在同名.class的文件中(字节码文件)
• 每个通过关键字class标识的类，在内存中有且只有一个与之对应的Class对象来描述其类型信息，无论创建多少个实例对象，其依据的都是用一个Class对象。
• Class类只存私有构造函数，因此对应Class对象只能有JVM创建和加载
• Class类的对象作用是运行时提供或获得某个对象的类型信息，这点对于反射技术很重要(关于反射稍后分析)。

1.3 类加载

JVM：类加载机制

1. 类加载机制流程

   

2. 类的加载

   

2 反射的使用

在Java中，Class类与java.lang.reflect类库一起对反射技术进行了全力的支持。在反射包中，我们常用的类主要有：

• Constructor类表示的是Class 对象所表示的类的构造方法，利用它可以在运行时动态创建对象
• Field表示Class对象所表示的类的成员变量，通过它可以在运行时动态修改成员变量的属性值(包含private)
• Method表示Class对象所表示的类的成员方法，通过它可以动态调用对象的方法(包含private)

2.1 Class类对象的获取

在类加载的时候，jvm会创建一个class对象

class对象是可以说是反射中最常用的，获取class对象的方式的主要有三种

1. 根据类名：类名.class

2. 根据对象：对象.getClass()

3. 根据全限定类名：Class.forName(全限定类名)

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<User> userClass = User.class;
        // 获取Class对象的三种方式
        System.out.println("根据类名:  \t" + User.class);
        System.out.println("根据对象:  \t" + new User().getClass());
        System.out.println("根据全限定类名:\t" + Class.forName("Reflect.User"));
        // 常用的方法
        System.out.println("获取全限定类名:\t" + userClass.getName());
        System.out.println("获取类名:\t" + userClass.getSimpleName());
        System.out.println("实例化:\t" + userClass.newInstance());
    }
}

public class User {
    private String name = "init";
    private int age;
    public User() {}
    public User(String name, int age) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    private String getName() {
        return name;
    }
    private void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "User [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }
}

输出：

根据类名:  	class Reflect.User
根据对象:  	class Reflect.User
根据全限定类名:	class Reflect.User
获取全限定类名:	Reflect.User
获取类名:	User
实例化:	User [name=init, age=0]

getName、getCanonicalName与getSimpleName的区别

• getSimpleName：只获取类名
• getName：类的全限定名，jvm中Class的表示，可以用于动态加载Class对象，例如Class.forName。
• getCanonicalName：返回更容易理解的表示，主要用于输出（toString）或log打印，大多数情况下和getName一样，但是在内部类、数组等类型的表示形式就不同了。

package com.cry;
public class Test {
    private  class inner{
    }
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //普通类
        System.out.println(Test.class.getSimpleName()); //Test
        System.out.println(Test.class.getName()); //com.cry.Test
        System.out.println(Test.class.getCanonicalName()); //com.cry.Test
        //内部类
        System.out.println(inner.class.getSimpleName()); //inner
        System.out.println(inner.class.getName()); //com.cry.Test$inner
        System.out.println(inner.class.getCanonicalName()); //com.cry.Test.inner
        //数组
        System.out.println(args.getClass().getSimpleName()); //String[]
        System.out.println(args.getClass().getName()); //[Ljava.lang.String;
        System.out.println(args.getClass().getCanonicalName()); //java.lang.String[]
        //我们不能用getCanonicalName去加载类对象，必须用getName
        //Class.forName(inner.class.getCanonicalName()); 报错
        Class.forName(inner.class.getName());
    }
}

2.2 Construct类

Constructor类存在于反射包(java.lang.reflect)中，反映的是Class 对象所表示的类的构造方法

获取Constructor对象是通过Class类中的方法获取的，Class类与Constructor相关的主要方法如下：

Construct类的常用方法：

下面看一个简单例子来了解Constructor对象的使用：

public class ConstructorTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<User> clazz = User.class;
        //第一种方法，实例化默认构造方法，User必须无参构造函数,否则将抛异常
        User user = (User) clazz.newInstance();
        user.setAge(20);
        user.setName("Jack");
        System.out.println(user);

        System.out.println("--------------------------------------------");
        //获取带String参数的public构造函数
        Constructor cs1 =clazz.getConstructor(String.class);
        //创建User
        User user1= (User) cs1.newInstance("hiway");
        user1.setAge(22);
        System.out.println("user1:"+user1.toString());

        System.out.println("--------------------------------------------");
        //取得指定带int和String参数构造函数,该方法是私有构造private
        Constructor cs2=clazz.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
        //由于是private必须设置可访问
        cs2.setAccessible(true);
        //创建user对象
        User user2= (User) cs2.newInstance("hiway2",25);
        System.out.println("user2:"+user2.toString());

        System.out.println("--------------------------------------------");
        //获取所有构造包含private
        Constructor<?> cons[] = clazz.getDeclaredConstructors();
        // 查看每个构造方法需要的参数
        for (int i = 0; i < cons.length; i++) {
            //获取构造函数参数类型
            Class<?> clazzs[] = cons[i].getParameterTypes();
            System.out.println("构造函数[" + i + "]:" + cons[i].toString());
            System.out.print("参数类型[" + i + "]:(");
            for (int j = 0; j < clazzs.length; j++) {
                if (j == clazzs.length - 1)
                    System.out.print(clazzs[j].getName());
                else
                    System.out.print(clazzs[j].getName() + ",");
            }
            System.out.println(")");
        }
    }
}

public class User {
    private String name = "init";
    private int age;
    public User() {}
    public User(String name){
        this.name = name;
    }
    private User(String name, int age) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "User [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }
}

输出：

User [name=Jack, age=20]
--------------------------------------------
user1:User [name=hiway, age=22]
--------------------------------------------
user2:User [name=hiway2, age=25]
--------------------------------------------
构造函数[0]:private Reflect.User(java.lang.String,int)
参数类型[0]:(java.lang.String,int)
构造函数[1]:public Reflect.User(java.lang.String)
参数类型[1]:(java.lang.String)
构造函数[2]:public Reflect.User()
参数类型[2]:()

2.3 Field类

Field 提供有关类或接口的单个字段的信息，以及对它的动态访问权限。反射的字段可能是一个类（静态）字段或实例字段。

我们可以通过Class类的提供的方法来获取代表字段信息的Field对象，Class类与Field对象相关方法如下：

上述方法需要注意的是，如果我们不期望获取其父类的字段，则需使用Class类的getDeclaredField/getDeclaredFields方法来获取字段即可，倘若需要连带获取到父类的字段，那么请使用Class类的getField/getFields，但是也只能获取到public修饰的的字段，无法获取父类的私有字段。

public class ReflectField {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
        Class<?> clazz = Class.forName("reflect.Student");
        //获取指定字段名称的Field类,注意字段修饰符必须为public而且存在该字段,
        // 否则抛NoSuchFieldException
        Field field = clazz.getField("age");
        System.out.println("field:"+field);

        //获取所有修饰符为public的字段,包含父类字段,注意修饰符为public才会获取
        Field fields[] = clazz.getFields();
        for (Field f:fields) {
            System.out.println("f:"+f.getDeclaringClass());
        }

        System.out.println("================getDeclaredFields====================");
        //获取当前类所字段(包含private字段),注意不包含父类的字段
        Field fields2[] = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field f:fields2) {
            System.out.println("f2:"+f.getDeclaringClass());
        }
        //获取指定字段名称的Field类,可以是任意修饰符的自动,注意不包含父类的字段
        Field field2 = clazz.getDeclaredField("desc");
        System.out.println("field2:"+field2);
    }
    /**
      输出结果: 
     field:public int reflect.Person.age
     f:public java.lang.String reflect.Student.desc
     f:public int reflect.Person.age
     f:public java.lang.String reflect.Person.name

     ================getDeclaredFields====================
     f2:public java.lang.String reflect.Student.desc
     f2:private int reflect.Student.score
     field2:public java.lang.String reflect.Student.desc
     */
}

class Person{
    public int age;
    public String name;
    //省略set和get方法
}

class Student extends Person{
    public String desc;
    private int score;
    //省略set和get方法
}

Field类的常用方法如下：

上述方法可能是较为常用的，事实上在设置值的方法上，Field类还提供了专门针对基本数据类型的方法，如setInt()/getInt()、setBoolean()/getBoolean、setChar()/getChar()等等方法，这里就不全部列出了，需要时查API文档即可。需要特别注意的是被final关键字修饰的Field字段是安全的，在运行时可以接收任何修改，但最终其实际值是不会发生改变的

//获取Class对象引用
Class<?> clazz = Class.forName("reflect.Student");

Student st= (Student) clazz.newInstance();
//获取父类public字段并赋值
Field ageField = clazz.getField("age");
ageField.set(st,18);
Field nameField = clazz.getField("name");
nameField.set(st,"Lily");

//只获取当前类的字段,不获取父类的字段
Field descField = clazz.getDeclaredField("desc");
descField.set(st,"I am student");
Field scoreField = clazz.getDeclaredField("score");
//设置可访问，score是private的
scoreField.setAccessible(true);
scoreField.set(st,88);
System.out.println(st.toString());

//输出结果：Student{age=18, name='Lily ,desc='I am student', score=88} 

//获取字段值
System.out.println(scoreField.get(st));
// 88

2.4 Method类

Method 提供关于类或接口上单独某个方法（以及如何访问该方法）的信息，所反映的方法可能是类方法或实例方法（包括抽象方法）。

Class类获取Method对象相关的方法：

Method类的常用方法：

同样通过案例演示上述方法：

public class ReflectMethod  {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException {
        Class clazz = Class.forName("reflect.Circle");

        //根据参数获取public的Method,包含继承自父类的方法
        Method method = clazz.getMethod("draw",int.class,String.class);
        System.out.println("method:"+method);

        //获取所有public的方法:
        Method[] methods =clazz.getMethods();
        for (Method m:methods){
            System.out.println("m::"+m);
        }
        System.out.println("=========================================");

        //获取当前类的方法包含private,该方法无法获取继承自父类的method
        Method method1 = clazz.getDeclaredMethod("drawCircle");
        System.out.println("method1::"+method1);
        method1.setAccessible(true);
        method1.invoke(circle);
        //获取当前类的所有方法包含private,该方法无法获取继承自父类的method
        Method[] methods1=clazz.getDeclaredMethods();
        for (Method m:methods1){
            System.out.println("m1::"+m);
        }
    }
}

class Shape {
    public void draw(){
        System.out.println("draw");
    }
    public void draw(int count , String name){
        System.out.println("draw "+ name +",count="+count);
    }
}
class Circle extends Shape{
    private void drawCircle(){
        System.out.println("drawCircle");
    }
    public int getAllCount(){
        return 100;
    }
}

输出

method:public void Reflect.method.Shape.draw(int,java.lang.String)
m::public int Reflect.method.Circle.getAllCount()
m::public void Reflect.method.Shape.draw()
m::public void Reflect.method.Shape.draw(int,java.lang.String)
m::public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
m::public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
m::public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
m::public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
m::public java.lang.String java.lang.Object.toString()
m::public native int java.lang.Object.hashCode()
m::public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
m::public final native void java.lang.Object.notify()
m::public final native void java.lang.Object.notifyAll()
=========================================
drawCircle
method1::private void Reflect.method.Circle.drawCircle()
m1::public int Reflect.method.Circle.getAllCount()
m1::private void Reflect.method.Circle.drawCircle()

在通过getMethods方法获取Method对象时，会把父类的方法也获取到，如上的输出结果，把Object类的方法都打印出来了。而getDeclaredMethod/getDeclaredMethods方法都只能获取当前类的方法。我们在使用时根据情况选择即可

3 反射原理

从一个例子开始

public class HelloReflect {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 1. 使用外部配置的实现，进行动态加载类
            HelloReflect test = (HelloReflect)Class.forName("Reflect.impl.HelloReflect").newInstance();
            test.sayHello("call directly");
            // 2. 根据配置的函数名，进行方法调用（不需要通用的接口抽象）
            Object t2 = new HelloReflect();
            Method method = t2.getClass().getDeclaredMethod("sayHello", String.class);
            method.invoke(test, "method invoke");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e ) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void sayHello(String word) {
        System.out.println("hello," + word);
    }
}
/*
hello,call directly
hello,method invoke
*/

3.1 执行流程

3.2 其他过程原理

详见https://www.cnblogs.com/yougewe/p/10125073.html

参考

https://www.pdai.tech/md/java/basic/java-basic-x-reflection.html

内容总结

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