Java反射机制概述

Reflection（反射）是被视为动态语言的关键,能借助于Reflection API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。

• 正常方式： 引入需要的”包类”名 -> 通过new实例化 -> 取得实例化对象
• 反射方式： 实例化对象 -> getClass()方法 -> 得到完整的“包类”名称

动态语言： 在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构。
主要的动态语言：Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python、Erlang
静态语言： 运行时结构不可变的语言就是静态语言
主要的静态语言：Java、C、C++。
Java不是动态语言，但Java可以称之为“准动态语言”。
Java反射机制提供的功能:

• 在运行时判断任意一个对象所属的类
• 在运行时构造任意一个类的对象
• 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
• 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
• 在运行时处理注解
• 生成动态代理

理解Class类并获取Class的实例

通过源码我们可以看到所有类的父类Object中存在一个获取Class对象的方法
public final native Class<?> getClass();这就是反射的源头。

Class 类

一个 Class 对象包含了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitive type/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Class对象

Class类的常用方法:

方法名	功能说明
static Class forName(String name)	返回指定类名 name 的 Class 对象
Object newInstance()	调用缺省构造函数，返回该Class对象的一个实例
getName()	返回此Class对象所表示的实体（类、接口、数组类、基本类型 或void）名称
Class getSuperClass()	返回当前Class对象的父类的Class对象
Class [] getInterfaces()	获取当前Class对象的接口
ClassLoader getClassLoader()	返回该类的类加载器
Class getSuperclass()	返回表示此Class所表示的实体的超类的Class
Constructor[] getConstructors()	返回一个包含某些Constructor对象的数组
Field[] getDeclaredFields()	返回Field对象的一个数组
Method getMethod(String name,Class … paramTypes)	返回一个Method对象，此对象的形参类型为paramType

代码示例：

package demo15;import java.io.Serializable;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.stream.Stream;public class Student extends Person implements Serializable {public String work;public String address;public Student() {}public Student(String work, String address) {this.work = work;this.address = address;}public void study(){System.out.println("敲代码");}public void eat(){System.out.println("吃饭");}public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {// 1. 通过指定类名获取Class对象Class clazz = Class.forName("demo15.Student");// 2. 获取一个指定的Class类中的实例Person person = (Person) clazz.newInstance();// 3. 获取此Class对象表示的实体名称System.out.println("3:" + clazz.getName());// 4. 获取当前Class对象的父类的Class对象Class superClazz = clazz.getSuperclass();System.out.println("4:" + superClazz.getName());// 5. 获取当前Class对象的接口Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();System.out.print("5:");Stream.of(interfaces).forEach(System.out::println);// 6. 获取此类的的类加载器ClassLoader classLoader = clazz.getClassLoader();// 7. 获取包含某些Constructor对象的数组Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();System.out.print("7:");Stream.of(constructors).forEach(System.out::println);// 8. 获取Filed对象的数组Field[] fields = clazz.getFields();System.out.print("8:");Stream.of(fields).forEach(System.out::println);// 9. 获取Method对象Method[] declaredFields = clazz.getMethods();System.out.print("9:");Stream.of(declaredFields).forEach(System.out::println);}
}class Person{private String name;private int age;
}

获取Class类的实例(四种方法):

1. 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
2. 已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象
3. 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
4. 其他方式

代码示例：

import java.io.Serializable;public class StudentDemo extends Person implements Serializable {static Class clazz4;{// 4. 其他方式try {ClassLoader classLoader = this.getClass().getClassLoader();clazz4 = classLoader.loadClass("demo15.StudentDemo");} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}}public String work;public String address;public StudentDemo() {}public StudentDemo(String work, String address) {this.work = work;this.address = address;}public static void main(String[] args){// 1. 若已知具体的类，通过类的class属性获取Class clazz1 = StudentDemo.class;// 2. 已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象StudentDemo studentDemo = new StudentDemo();Class clazz2 = studentDemo.getClass();// 3. 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try {Class clazz3 = Class.forName("demo15.StudentDemo");} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}// 4. 其他方式System.out.println(clazz4);}
}

拥有Class对象的类型：
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
】、interface【接口】、数组、enum【枚举】、annotation【注解@interface
】、primitive type【基本数据类型】、void

类的加载与ClassLoader

类加载过程

加载：
加载的过程需要类加载器参与。

1. 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。
2. 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）

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。

1. 验证：确保加载的类信息符合JVM规范
2. 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。
3. 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。

初始化：
执行类构造器<clinit>()方法的过程

1. 类构造器()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。
2. 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。
3. 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。

类的初始化触发条件

类的主动引用（一定会发生类的初始化）

• 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类
• new一个类的对象
• 调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法
• 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
• 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）
• 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
• 当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化
• 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
• 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）

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。

ClassLoader

类加载器作用是用来把类(class)装载进内存的

• 引导类加载器：用C++编写的，是JVM自带的类加载器，负责Java平台核心库，用来装载核心类 库。该加载器无法直接获取
• 扩展类加载器：负责jre/lib/ext目录下的jar包或 – D java.ext.dirs 指定目录下的jar包装入工作库
• 系统类加载器：负责java –classpath 或 –D java.class.path所指的目录下的类与jar包装入工 作 ，是最常用的加载器

创建运行时类的对象

调用Class对象的newInstance()方法
要求：

• 类必须有一个无参数的构造器。
• 类的构造器的访问权限需要足够。

代码示例

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;public class Bird {public String name;public Integer age;public Bird(String name, Integer age) {this.name = name;this.age = age;}public static void main(String[] args) {// 1.根据全类名获取对应的Class对象Class clazz1 = null;Constructor con = null;try {clazz1 = Class.forName("demo15.Bird");} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}// 2.调用指定参数结构的构造器，生成Constructor的实例try {con = clazz1.getConstructor(String.class,Integer.class);} catch (NoSuchMethodException e) {e.printStackTrace();}// 3.通过Constructor的实例创建对应类的对象，并初始化类属性try {con.newInstance("小鸟", 1);} catch (InstantiationException e) {e.printStackTrace();} catch (IllegalAccessException e) {e.printStackTrace();} catch (InvocationTargetException e) {e.printStackTrace();}}
}

这里我们声明了有参构造方法，但是没有声明无参构造方法，仍然能够创建对象，最少存在一个无参构造器是反射的条件，但是我们可以通过使用指定的有参构造器来创建一个运行时的对象。

获取运行时类的完整结构

1. 实现的全部接口
   public Class<?>[] getInterfaces()确定此对象所表示的类或接口实现的接口。

2. 所继承的父类
   public Class<? Super T> getSuperclass()返回表示此 Class 所表示的实体（类、接口、基本类型）的父类的Class。

3. 全部的构造器
   public Constructor<T>[] getConstructors() 返回此 Class 对象所表示的类的所有public构造方法。
   public Constructor<T>[] getDeclaredConstructors()返回此 Class 对象表示的类声明的所有构造方法。
   Constructor类中：
   取得修饰符: public int getModifiers();
   取得方法名称: public String getName();
   取得参数的类型：public Class<?>[] getParameterTypes();

4. 全部的方法
   public Method[] getDeclaredMethods()返回此Class对象所表示的类或接口的全部方法
   public Method[] getMethods()返回此Class对象所表示的类或接口的public的方法
   Method类中：
   public Class<?> getReturnType()取得全部的返回值
   public Class<?>[] getParameterTypes()取得全部的参数
   public int getModifiers()取得修饰符
   public Class<?>[] getExceptionTypes()取得异常信息

5. 全部的Field
   public Field[] getFields() 返回此Class对象所表示的类或接口的public的Field。
   public Field[] getDeclaredFields() 返回此Class对象所表示的类或接口的全部Field。
   Field方法中：
   public int getModifiers() 以整数形式返回此Field的修饰符
   public Class<?> getType() 得到Field的属性类型
   public String getName() 返回Field的名称。

6. Annotation相关
   get Annotation(Class<T> annotationClass) 获取指定注解
   getDeclaredAnnotations() 获取类中的全部注解

7. 泛型相关
   获取父类泛型类型：Type getGenericSuperclass()
   泛型类型：ParameterizedType
   获取实际的泛型类型参数数组：getActualTypeArguments()

8. 类所在的包 Package getPackage()

调用运行时类的指定结构

1. 调用指定方法

调用类中的方法，通过Method类完成

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。

代码示例：

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;public class Plane {private Integer id;private String name;private Integer length;public Plane() {}public Plane(Integer id, String name, Integer length) {this.id = id;this.name = name;this.length = length;}private void fly(String name , Integer length){System.out.println("飞机" + name + "，长度为" + length + "，起飞咯！");}public void land(String name){System.out.println(name + "飞机降落咯！");}public static void main(String[] args) {try {Class clazz = Class.forName("demo15.Plane");Method method = clazz.getDeclaredMethod("fly", String.class, Integer.class);method.invoke(clazz.newInstance(), "Boeing", 100);} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();} catch (NoSuchMethodException e) {e.printStackTrace();} catch (InvocationTargetException e) {e.printStackTrace();} catch (IllegalAccessException e) {e.printStackTrace();} catch (InstantiationException e) {e.printStackTrace();}}
}

注意：

• 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。

2. 调用指定属性
   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。
   public Field getField(String name) 返回此Class对象表示的类或接口的指定的public的Field。
   public Field getDeclaredField(String name)返回此Class对象表示的类或接口的 指定的Field。

代码示例：

import java.lang.reflect.Field;public class Plane {private Integer id;private String name;private Integer length;public Plane() {}public Plane(Integer id, String name, Integer length) {this.id = id;this.name = name;this.length = length;}private void fly(String name , Integer length){System.out.println("飞机" + name + "，长度为" + length + "，起飞咯！");}public void land(String name){System.out.println(name + "飞机降落咯！");}public static void main(String[] args) {try {Class clazz = Class.forName("demo15.Plane");Plane plane = (Plane) clazz.newInstance();Field name = clazz.getDeclaredField("name");name.set(plane, "Boeing");System.out.println(name.get(plane));} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();} catch (IllegalAccessException e) {e.printStackTrace();} catch (InstantiationException e) {e.printStackTrace();} catch (NoSuchFieldException e) {e.printStackTrace();}}
}

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。

反射的应用：动态代理

原理：
使用一个代理将对象包装起来, 然后用该代理对象取代原始对象。任何对原始对象的调用都要通过代理。代理对象决定是否以及何时将方法调用转到原始对象上。

• 动态代理是指客户通过代理类来调用其它对象的方法，并且是在程序运行时 根据需要动态创建目标类的代理对象。

优点：

• 抽象角色中（接口）声明的所有方法都被转移到调用处理器一个集中的方法中 处理，这样，我们可以更加灵活和统一的处理众多的方法。

Proxy类

专门完成代理的操作类，是所有动态代理类的父类。通过此类为一个或多个接口动态地生成实现类。

• static Class<?> getProxyClass(ClassLoader loader, Class<?>... interfaces) 创建一个动态代理类所对应的Class对象
• static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h) 直接创建一个动态代理对象

以现实生活中的结婚事件进行讲解：
我要去结婚，我不知道怎么弄，所以我找到婚介所来帮我代理这件事情，我只要专注于结婚这件事就可以了。
代码示例：

1. 创建一个Mary接口

public interface Mary{void getMary();
}

2. 创建一个真正的实现类

public class Me implements Mary{@Overridepublic void getMary() {System.out.println("今天天气不错，我去结婚！");}
}

3. 创建一个婚介所对象来进行代理,处理代理前后的事情。

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;public class MarriageAgency implements InvocationHandler {// 需要被代理的对象private Object target;public void setTarget(Object target){this.target = target;}// 执行动态代理对象的所有方法时，都会被替换成执行如下的invoke方法public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Exception{System.out.println("准备婚礼现场");// 以target作为主调来执行method方法Object result = method.invoke(target , args);System.out.println("打扫婚礼现场");return result;}
}

4. 测试代理对象

import java.lang.reflect.Proxy;public class Test{public static void main(String[] args) throws Exception{// 创建一个原始的HuntingDog对象，作为targetMe me = new Me();// 以指定的target来创建动态代理MarriageAgency marriageAgency = new MarriageAgency();marriageAgency.setTarget(me);Mary proxy = (Mary) Proxy.newProxyInstance(me.getClass().getClassLoader(), me.getClass().getInterfaces(), marriageAgency);proxy.getMary();}
}

这里可以看到我们的代理对象已经为我们代理了结婚前后的事情。
整理流程：

1. 首先我们就是要定义一个目标事件接口（本例中就是结婚Mary接口）。
2. 然后我要实现真正的目标事件的功能（实现类实现真正的功能Me实现类）
3. 接着我们需要定义一个实现了InvocationHandler接口的代理类,并且要是实现其中的public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)方法，这时将我们代理类所需要执行的操作执行（这里就是准备婚礼现场和打扫婚礼现场）。
4. 最后我们通过Proxy中的public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)方法来动态创建一个代理对象进行代理。

AOP（Aspect Orient Programming）

AOP代理里的方法可以在执行目标方法之前、之后插入一些通用处理

• 这种动态代理在AOP中被称为AOP代理，AOP代理可代替目标对象，AOP代理 包含了目标对象的全部方法。

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