#Java核心(三)反射
Java反射给我们提供了在运行时检查甚至修改应用行为的机制。 反射是java高级的核心技术，所有有经验的程序员都应该理解。
通过反射机制，我们可以在运行时检视 类、接口、枚举，获得他们的结构、方法以及属性信息，即使在编译期类是不可访问的。 我们也可以通过反射创建类实例，调用它的方法，或者改变属性值。
##Java中的反射
Java的反射是一种很强大的机制，在正常的编程中使用并不多，但它是java的主干，很多Java EE 框架均使用了反射技术：
- **JUnit** 利用反射技术解析@Test注解，从而得到测试的方法并调用它们。
- **Spring** 依赖注入是java反射的典型应用
- **Tomcat** web容器通过解析web.xml文件和请求url，将请求正确的转发到对应的模块。
- **Eclipse** 自动完成方法的名称输入
- **Struts**
- **Hibernate**
以上这个清单只是小部分，它们全部使用了反射技术，因为正常情况下，它们无法访问用户编写的类、接口以及方法等。
但是我们不建议在正常编程中滥用反射技术，因为我们拥有自己编写的类的访问权限了，反射存在以下几个缺陷：
- **性能较差** 尽管反射解决了动态类型的问题，但是也引入了在classpath 扫描类进行加载的过程，会影响性能。
- **安全限制** 反射需要在运行时获得访问权限，但是在security manager中可能是不允许的。 这可能会导致应用运行失败。
- **安全问题** 通过反射我们可以访问那些不建议我们访问的类，例如我们可以访问private的属性并修改其值。 这可能引发安全问题导致应用异常。
- **较高的维护代价** 反射相关的代码难以理解以及调试，代码的错误不能在编译期展现出来，使用反射的代码灵活性不高并难以维护。
##反射在类中的使用
在java中，任何对象要么是原始类型或者引用类型。 所有的类、枚举、数据和其他引用类型均继承自Object类。
java.lang.Class是所有反射操作的入口。对于任何类型的对象，JVM 会初始化其一个不可变的java.lang.Class 实例来提供检查对象的运行时的属性、创建新对象、调用方法、get/set 属性。
我们来看看Class的重要方法，为了方便起见，我们先创建一些类和接口。
```java
package com.byron4j.hightLevel.reflection;
public interface BaseInterface {
public int interfaceInt=0;
void method1();
int method2(String str);
}
```
```java
package com.byron4j.hightLevel.reflection;
public class BaseClass {
public int baseInt;
private static void method3(){
System.out.println("Method3");
}
public int method4(){
System.out.println("Method4");
return 0;
}
public static int method5(){
System.out.println("Method5");
return 0;
}
void method6(){
System.out.println("Method6");
}
// piblic 的内部类
public class BaseClassInnerClass{}
// public 的枚举
public enum BaseClassMemberEnum{}
}
```
```java
package com.byron4j.hightLevel.reflection;
public class ConcreteClass extends BaseClass implements BaseInterface{
public int publicInt;
private String privateString="private string";
protected boolean protectedBoolean;
Object defaultObject;
public ConcreteClass(int i){
this.publicInt=i;
}
@Override
public void method1() {
System.out.println("Method1 impl.");
}
@Override
public int method2(String str) {
System.out.println("Method2 impl.");
return 0;
}
@Override
public int method4(){
System.out.println("Method4 overriden.");
return 0;
}
public int method5(int i){
System.out.println("Method4 overriden.");
return 0;
}
// inner classes
public class ConcreteClassPublicClass{}
private class ConcreteClassPrivateClass{}
protected class ConcreteClassProtectedClass{}
class ConcreteClassDefaultClass{}
//member enum
enum ConcreteClassDefaultEnum{}
public enum ConcreteClassPublicEnum{}
//member interface
public interface ConcreteClassPublicInterface{}
}
```
下面来看看使用反射的常用方法。
####获得Class对象
我们可以通过三种方式获取对象的Class实例：
- 通过静态变量class
- 使用示例的getClass()方法
- java.lang.Class.forName(String 完整的类名)，完整的类名包含包名。
原始类型的class、包装类型的TYPE均可以获得Class对象。
```java
package com.byron4j.hightLevel.reflection;
public class ReflectionDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//方式一： 通过累的静态变量class获取Class对象
Class concreteClass = ConcreteClass.class;
//方式二：通过实例的getClass()方法获取Class对象
concreteClass = new ConcreteClass(7).getClass();
//方式三：
concreteClass = Class.forName("com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass");
//打印类相关信息
System.out.println(concreteClass.getCanonicalName());
System.out.println(concreteClass.getName());
/*++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
* 原始类型的class、包装类型的TYPE
* +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
*/
Class primative = boolean.class;
System.out.println(primative.getCanonicalName());
Class doubleClass = Double.TYPE;
System.out.println(doubleClass.getName());
//数组类型的class示例
Class> arrayClass = Class.forName("[D");
System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
arrayClass = Class.forName("[B");
System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
arrayClass = Class.forName("[S");
System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
arrayClass = Class.forName("[C");
System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
arrayClass = Class.forName("[F");
System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
}
}
```
输出如下所示：
```
com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass
com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass
boolean
double
double[]
byte[]
short[]
char[]
float[]
```
Class的getCanonicalName()方法返回类的名称。在泛型中使用 java.lang.Class，可以帮助框架获取子类。
####获取超类Super Class
**getSuperclass()** 方法，返回类的超类(基类、父类)的class实例，如果该类是java.lang.Object、原始类型、接口则返回null。如果该class是数组形式，则该方法返回java.lang.Object。
```java
Class> superClass = Class.forName("com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass").getSuperclass();
System.out.println(superClass);
System.out.println(Object.class.getSuperclass());
System.out.println(String[][].class.getSuperclass());
```
输入如下：
```
class com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass
null
class java.lang.Object
```
####获取公有的class
Class的getClasses() 方法可以获取class的所有继承的超类、接口和自己定义的公有类、接口、枚举等的数组形式。
```java
Class[] classARR = concreteClass.getClasses();
System.out.println(Arrays.toString(classARR));
```
输出：
```java
[class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicClass,
class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicEnum,
interface com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicInterface,
class com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass$BaseClassInnerClass,
class com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass$BaseClassMemberEnum]
```
#### 获取自身声明的类
**getDeclaredClasses()**获取当前类型自身定义的所有类、接口，并不包含从父类继承过来的来、接口。
```java
Class[] declareClassARR = concreteClass.getDeclaredClasses();
System.out.println("Arrays.toString(declareClassARR));
```
输出：
```
[class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassDefaultClass,
class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassDefaultEnum,
class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPrivateClass,
class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassProtectedClass,
class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicClass,
class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicEnum,
interface com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicInterface]
```
#### 获取定义该class的类
class.getDeclaringClass()获取定义class的类。如果该类不是任何类或接口的成员，则返回null。
```java
/**================================================
* getDeclaringClass
* ================================================
*/
System.out.println(BaseClassInnerClass.class.getDeclaringClass());
System.out.println(Double.TYPE.getDeclaringClass());
```
该类BaseClassInnerClass是在BaseClass中定义的，于是输出：
```
class com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass
null
```
#### 获取包名
getPackage() 方法获取包的class实例。
```java
/*===========================================
* getPackage()
* ==========================================
*/
System.out.println(concreteClass.getPackage().getName());
```
输出：
```
com.byron4j.hightLevel.reflection
```
#### 获取类的修饰符
getModifiers()方法可以获取class实例的访问修饰符的个数。java.lang.reflect.Modifier.toString()可以获取class的修饰符的字符串形式。
```java
/*===========================================
* getModifiers()、Modifier.toString()
* ==========================================
*/
System.out.println(concreteClass.getModifiers());
System.out.println(Modifier.toString(concreteClass.getModifiers()));
```
输出：
```
1
public
```
#### 获取类型参数
getTypeParameters()方法获取class的类型声明参数，如果有的话。比如集合框架的接口均制定了泛型。
```java
Arrays.asList(Class.forName("java.util.Map").getTypeParameters()).forEach(
s -> { System.out.println(s); }
);
```
输出：
> K
> V
####获取class实现的接口
getGenericInterfaces() 可以获取class已经实现的接口的数组形式，并包含泛型接口。 getInterfaces()方法会返回所有实现的接口，但是不包含泛型接口。
```java
/**=============================================
* getGenericInterfaces()、getInterfaces()
* =============================================
*/
Arrays.asList(concreteClass.getInterfaces()).forEach(
s -> { System.out.println("com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass实现的接口:" + s); }
);
System.out.println("========================================");
Arrays.asList(concreteClass.getGenericInterfaces()).forEach(
s -> { System.out.println("com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass实现的接口:" + s); }
);
System.out.println("========================================");
System.out.println("========================================");
Arrays.asList(Class.forName("java.util.ArrayList").getInterfaces()).forEach(
s -> { System.out.println("java.util.ArrayList实现的接口：" + s); }
);
System.out.println("========================================");
Arrays.asList(Class.forName("java.util.ArrayList").getGenericInterfaces()).forEach(
s -> { System.out.println("java.util.ArrayList实现的接口：" + s); }
);
```
输出：
```
com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass实现的接口:interface com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface
========================================
com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass实现的接口:interface com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface
========================================
========================================
java.util.ArrayList实现的接口：interface java.util.List
java.util.ArrayList实现的接口：interface java.util.RandomAccess
java.util.ArrayList实现的接口：interface java.lang.Cloneable
java.util.ArrayList实现的接口：interface java.io.Serializable
========================================
java.util.ArrayList实现的接口：java.util.List
java.util.ArrayList实现的接口：interface java.util.RandomAccess
java.util.ArrayList实现的接口：interface java.lang.Cloneable
java.util.ArrayList实现的接口：interface java.io.Serializable
```
####获取所有的public方法
getMethods()方法可以获取所有的public方法，包含父类、接口中继承来的public方法。
```java
/**=============================================
* getMethods()
* =============================================
*/
System.out.println("========================================");
Arrays.asList(concreteClass.getMethods()).forEach(
s -> { System.out.println("public类型的方法:" + s); }
);
```
输出：
```
public类型的方法:public void com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.method1()
public类型的方法:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.method2(java.lang.String)
public类型的方法:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.method4()
public类型的方法:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.method5(int)
public类型的方法:public static int com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass.method5()
public类型的方法:public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
public类型的方法:public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
public类型的方法:public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
public类型的方法:public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
public类型的方法:public java.lang.String java.lang.Object.toString()
public类型的方法:public native int java.lang.Object.hashCode()
public类型的方法:public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
public类型的方法:public final native void java.lang.Object.notify()
public类型的方法:public final native void java.lang.Object.notifyAll()
```
####获取class的所有public构造器
getConstructors()方法能够获取所有的public类型构造器
```java
/**=============================================
* getConstructors()
* =============================================
*/
System.out.println("========================================");
Arrays.asList(concreteClass.getConstructors()).forEach(
s -> { System.out.println("public类型的构造器:" + s); }
);
```
输出：
> public类型的构造器:public com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass(int)
####获取所有的public属性(成员变量)
getFields()方法可以获取所有的public属性。包含父类、接口中的属性。
```java
/**=============================================
* getFields()
* =============================================
*/
System.out.println("========================================");
Arrays.asList(concreteClass.getFields()).forEach(
s -> { System.out.println("public类型的属性:" + s); }
);
```
输出：
```
public类型的属性:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.publicInt
public类型的属性:public static final int com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface.interfaceInt
public类型的属性:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass.baseInt
```
####获取所有的注解
getAnnotations()方法可以获取所有的注解。但是只有保留策略为**RUNTIME**的注解。
我们给 类加上注解@Deprecated。
```java
@Deprecated
public class ConcreteClass extends BaseClass implements BaseInterface{...}
/
/**=============================================
* getAnnotations()
* =============================================
*/
System.out.println("========================================");
Arrays.asList(concreteClass.getAnnotations()).forEach(
s -> { System.out.println("注解:" + s); }
);
```
输出：
> 注解:@java.lang.Deprecated()
##反射在属性(成员变量)中的应用
反射API提供了几个方法可以在运行时分解类的成员变量以及设置其值。
####获取public属性
除了前面的getFields()方法能获取全部public属性之外，还提供了一个获取指定属性名称的方法getField()。这个方法会在该class-->接口-->父类的顺序寻找指定的属性。
**场景一**：我们在ConcreteClass类、BaseClass类、BaseInterface接口分别增加一个属性：
public String name = "currClass---NAME";
public String name = "superClass---NAME";
public String name = "superInterface---NAME";
```java
System.out.println(concreteClass.getField("name"));
输出为：
public java.lang.String com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.name
```
**场景二**：我们在BaseClass类、BaseInterface接口分别增加一个属性：
public String name = "superClass---NAME";
public String name = "superInterface---NAME";
这时候获取的属性name是接口中的属性：
> public static final java.lang.String com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface.name
**场景三**：我们仅仅在BaseClass类增加一个属性：
public String name = "superClass---NAME";
这时候获取的属性name是父类中的属性：
> public java.lang.String com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass.name
如果是获取不存在的属性，则出现异常：
System.out.println(concreteClass.getField("hello"));
输出：
> java.lang.NoSuchFieldException: hello
####获取声明属性的类型
```java
try {
System.out.println( concreteClass.getField("interfaceInt").getDeclaringClass() );
} catch (NoSuchFieldException | SecurityException e) {
e.printStackTrace();
}
```
输出：
> interface com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface
####获取属性的类型
getType()方法返回属性的类型的class实例。
```
System.out.println(concreteClass.getField("interfaceInt").getType().getCanonicalName());
```
输出：
> int
####Get/Set public类型的属性值
Field.get(Object) 获取该属性的值。
```java
Field field = concreteClass.getField("publicInt");
System.out.println("属性的类型："+field.getType());
ConcreteClass obj= new ConcreteClass(7);
System.out.println("获取属性值：" + field.get(obj));
field.set(obj, 77);
System.out.println("获取属性值：" + field.get(obj));
```
输出：
> 属性的类型：int
获取属性值：7
获取属性值：77
Field.get()返回的是一个Object类型，如果是原始类型则返回其包装类型。如果是final属性，set() 方法抛出**java.lang.IllegalAccessException**。
####Get/Set private类型的属性值
java中在类之外是不能访问private变量的。但是通过反射可以关闭检查访问修饰符的机制。
```java
Field privateField = concreteClass.getDeclaredField("privateString");
System.out.println(privateField.get(obj));
```
输出，不能访问private的属性：
> java.lang.IllegalAccessException: Class com.byron4j.hightLevel.reflection.ReflectionDemo2 can not access a member of class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass with modifiers "private"
设置可访问机制Field.setAccessible(true);：
```java
Field privateField = concreteClass.getDeclaredField("privateString");
privateField.setAccessible(true);
System.out.println(privateField.get(obj));
privateField.set(obj, "新的私有属性值[value]");
System.out.println(privateField.get(obj));
```
输出：
> private string
> 新的私有属性值[value]
##与方法相关的反射方法
使用反射技术可以获得方法的信息以及调用执行它。我们来学习获得方法、调用方法并访问私有方法。
####获得public方法
我们可以使用 getMethod()方法获的public class的方法，需要提供方法的名称、参数类型。如果class找不到指定的方法，则会继续向上从其父类中查找。
下面我们以一个获取HashMap 的put方法的例子来展示如何方法的参数类型、方法访问修饰符和返回类型。
```java
/*=========================================
* 方法
* ========================================
*/
Class mapClass = HashMap.class;
Method mapPut = mapClass.getMethod("put", Object.class, Object.class);
//获取参数类型
System.out.println(Arrays.toString(mapPut.getParameterTypes()));
//获取返回类型
System.out.println(mapPut.getReturnType());
//访问修饰符
System.out.println(Modifier.toString(mapPut.getModifiers()));
```
输出：
> [class java.lang.Object, class java.lang.Object]
class java.lang.Object
public
####调用public方法
可以利用Method.invoke() 方法调用指定的方法。
```java
//调用方法
Map map = new HashMap();
mapPut.invoke(map, "key", "val");
System.out.println(map);
```
输出：
> {key=val}
####调用private方法
我们可以使用getDeclaredMethod()方法获取私有方法，然后关闭访问限制，即可调用。
```java
/**
* 访问私有方法
*/
Method method3 = BaseClass.class.getDeclaredMethod("method3", null);
method3.setAccessible(true);
//静态方法的调用对象可以传入null
method3.invoke(null, null);
```
输出：
> Method3
)
