Java反射剖析

1.Java反射概念

1.1定义

Java反射机制是指在运行状态下，对于任意一个类，都能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。简单来说，就是只要知道类的名称，就能获取到它的属性和方法。

1.2反射的优缺点

为什么要用反射机制？直接创建对象不就可以了么，这就涉及到静态和动态的概念。

静态编译：在编译时确定类型，绑定对象
动态编译：运行时确定类型，绑定对象。动态编译最大限度的发挥了java的灵活性，提现了多态的应用，降低了类之间的耦合性。
优点
可以实现动态创建对象和编译，体现出很大的灵活性，特别是在J2EE的开发中它的灵活性就表现的十分明显。比如，一个大型的软件，不可能一次就把把它设计的很完美，当这个程序编译后，发布了，当发现需要更新某些功能时，我们不可能要用户把以前的卸载，再重新安装新的版本，假如这样的话，这个软件肯定是没有多少人用的。采用静态的话，需要把整个程序重新编译一次才可以实现功能的更新，而采用反射机制的话，它就可以不用卸载，只需要在运行时才动态的创建和编译，就可以实现该功能。
缺点
对性能有影响。使用反射基本上是一种解释操作，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且它满足我们的要求。这类操作总是慢于只直接执行相同的操作。

2.Class类

2.1概念

我们常说：

在面向对象的世界里，万事万物皆为对象。

    Java里对象是什么，它是一个类的实例，那么我们创建的类是一个对象么？答案：是。类是java.lang.Class类的对象。（there is a class named Class）
    Java程序在运行时，系统一直对所有的对象进行所谓的运行时类型标识。虚拟机通常使用运行时类型信息选准正确方法去执行，用来保存这些类型信息的类是Class类。Class类封装一个对象和接口运行时的状态，当装载类时，Class类型的对象自动创建。Class没有公共的构造方法，Class对象是在加载类时由Java虚拟机以及通过调用类加载器中的defineClass()方法自动构造的。
    在运行程序的时候，JVM会首先检查所要加载的类对应的Class对象是否已经加载，如果没有加载，则会根据类名查找.class文件，并将其Class对象载入。

2.2类的对象如何表示

搞明白了Class类，下面我们看看Class类的实例如何表示。如下：

public class ReflectionTest1 {
    public static void main (String[] args){
        //通常A的实例对象的表示
        A a = new A();

        //表示方式一：直接访问class变量   --->实际在告诉我们每一个类都一个隐含的静态成员变量class
        Class class1 = A.class;

        //表示方式二：已知该类的对象 调用getClass方法
        Class class2 = a.getClass();

        //class1 class2称为A类的类类型(class type),同时也是Class类的对象，这个对象我们称之为该类的类类型

        //不管class1 or class2都代表了A的类类型，一个类只可能是Class类的一个实例对象
        System.out.println(class1 == class2);  //true
        //表示方式三：
        try {
            Class class3 = Class.forName("com.learn.java.A");
            System.out.println(class3 == class2);  //true
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class A{
    public void run(){
        System.out.println("A's run method!");
    }
}

我们可以看到得到类对象的实例有3中方式，可以发现：

得到的Class类的实例我们称为对应类的类类型(class type)
不管我们以三种方式中的哪一种方法得到Class类的实例，其他他们都是一个实例。从原理上讲，当JVM发现这个类的Class对象没有被加载的时候，才会去加载生成Class对象，所以只会有一个。
第三种方式，Class.forName()方法中的字符串须为类的全路径名。

从上面的代码中我们得到了class1 class2 class3，这三个都是Class类的对象，也就是对应的A类，那如何得到A类的对象了？又是怎么可以调用方法了？代码修改如下：

public class ReflectionTest1 {
    public static void main (String[] args){
        A a = new A();

        Class class1 = A.class;
        try {
            A a1 = (A)class1.newInstance();  //这里得到的a1就是A的一个实例
            a1.run();   
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

注意这里，如果调用newInstance()方法，需要保证A类中有无参构造。

3.反射的使用方法

3.1获取构造函数

上面代码中我们可以通过class1.newInstance()的方式，获取得到A的一个实例对象，但是这种方式有一个前提，就是必须有一个无参构造方法，那如果是没有或者想调用有参数的构造器，怎么办了？下面我们就来看看。
类的成构造函数也是一个对象，它是java.lang.reflect.Constructor的一个对象，所以我们通过java.lang.reflect.Constructor里面封装的方法来获取这些信息。
1.获取单个的构造方法。

public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) //获取该类指定参数的public访问权限的构造器
public Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) //获取该类指定参数的所有构造器

例如：

public class ReflectionTest1 {
    public static void main (String[] args){
        try {
            Class classA = Class.forName("com.learn.java.A");
            Constructor constructor = classA.getConstructor(int.class);
            System.out.println(constructor.getName());
            A a = (A)constructor.newInstance(6);
            a.run();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class A{
    private int age;
    private String name;
    public A(int age) {
        this.age = age;
    }
    public A(String name) {
        this.name = name;
    }
    public A(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    public void run(){
        System.out.println("A's run method!");
    }
}
//运行结果：
//com.learn.java.A
//A's run method!

2.获取所有的构造函数

public Constructor<?>[] getConstructors() throws SecurityException
public Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() throws SecurityException

如下：

public static void main (String[] args){
        try {
            Class classA = Class.forName("com.learn.java.A");
            Constructor[] constructors = classA.getConstructors();
            for (Constructor constructor : constructors) {
                System.out.println(constructor);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
//返回结果：
//public com.learn.java.A(int,java.lang.String)
//public com.learn.java.A(java.lang.String)
//public com.learn.java.A(int)

A类中的方法同上。

3.2获取成员变量

同样，在java.lang.reflect的包中，有一个Field的类，类的成员变量也是一个对象，它是java.lang.reflect.Field的一个对象，所以我们通过java.lang.reflect.Field里面封装的方法来获取这些信息。
1.单个的获取成员变量

public Field getField(String name) //获取指定参数的public变量
public Field getDeclaredField(String name) //获取指定参数的所有变量

示例如下：

public static void main (String[] args){
        try {
            Class classA = Class.forName("com.learn.java.A");
            //方式一：getField
            //Field field = classA.getField("age");
            //方式二：getDeclaredField
            Field field = classA.getDeclaredField("age");
            System.out.println(field);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

//输出：
//方式一：
//java.lang.NoSuchFieldException: age
//方式二：
//private int com.learn.java.A.age

2.获取所有的成员变量

public Field[] getFields() throws SecurityException
public Field[] getDeclaredFields() throws SecurityException

3.3获取方法

类的方法也是一个对象，它是java.lang.reflect.Method的一个对象，所以我们通过java.lang.reflect.Method里面封装的方法来获取这些信息。
1.获取单个的方法

public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) // 得到该类所有的方法，不包括父类的
public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) // 得到该类所有的public方法，包括父类的

示例

public class ReflectionTest1 {
    public static void main (String[] args){
        try {
            Class classA = Class.forName("com.learn.java.A");
            Object a = classA.newInstance();
            //方式二：getDeclaredMethod()
            System.out.println("second type:");
            Method method2 = classA.getDeclaredMethod("introduce", String.class, int.class);
            System.out.println(method2);
            method2.setAccessible(true);  //因为introduce方法是私有的，所以需要设置
            method2.invoke(a, "meimei", 18);
            //方式一：getMethod()
            System.out.println("first type:");
            Method method1 = classA.getMethod("introduce", String.class, int.class);
            System.out.println(method1);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class A{
    private int age;
    private String name;

    private void introduce(String name, int age) {
        System.out.println("hello ! my name is " + name + ", I'm " + age +" years old!");
    }
    public void run(){
        System.out.println("A's run method!");
    }
}
//运行结果：
//second type:
//private void com.learn.java.A.introduce(java.lang.String,int)
//hello ! my name is meimei, I'm 18 years old!
//first type:
//java.lang.NoSuchMethodException: com.learn.java.A.introduce(java.lang.String, int)
    at java.lang.Class.getMethod(Class.java:1773)
    at com.learn.java.ReflectionTest1.main(ReflectionTest1.java:20)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:483)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)

2.获取所有的方法

public Method[] getDeclaredMethods() throws SecurityException // 得到该类所有的方法，不包括父类的
或者：
public Method[] getMethods() throws SecurityException// 得到该类所有的public方法，包括父类的

4.反射的应用

4.1动态加载

详见文章列表

4.2集合类反射原理剖析