1. 简介

定义：Java语言中一种动态（运行时）访问、检测 & 修改它本身的能力

作用：动态（运行时）获取类的完整结构信息&调用对象方法
1.类的结构信息包括：变量、方法等
2.正常情况下，Java类在编译前，就已经被加载到JVM中；而反射机制使得程序运行时，还可以动态的去操作类的变量、方法等信息

2. 特点

2.1 优点

灵活性高。因为反射属于动态编译，即只有到运行时才动态创建 &获取对象实例。

编译方式说明：
1. 静态编译：在编译时确定类型 & 绑定对象。如常见的使用new关键字创建对象
2. 动态编译：运行时确定类型 & 绑定对象。动态编译体现了Java的灵活性、多态特性 & 降低类之间的藕合性

2.2 缺点

1.执行效率低
因为反射的操作主要通过JVM执行，所以时间成本会高于直接执行相同操作

1.因为接口的通用性，Java的invoke方法是传object和object[]数组的。基本类型参数需要装箱和拆箱，产生大量额外的对象和内存开销，频繁促发GC。
2.编译器难以对动态调用的代码提前做优化，比如方法内联。
3.反射需要按名检索类和方法，有一定的时间开销。

2.容易破坏类结构
因为反射操作饶过了源码，容易干扰类原有的内部逻辑

3. 应用场景

1.动态获取类文件结构信息（如变量、方法等） & 调用对象的方法
2.常用的需求场景有：动态代理、工厂模式优化、Java JDBC数据库操作等

4. 具体使用

4.1Java反射机制提供的功能

4.2 实现手段

反射机制的实现主要通过操作java.lang.Class类

4.2.1 java.lang.Class 类

1.定义：java.lang.Class类是反射机制的基础
2.作用：存放着对应类型对象的运行时信息

1.在Java程序运行时，Java虚拟机为所有类型维护一个java.lang.Class对象
2.该Class对象存放着所有关于该对象的运行时信息
3.泛型形式为Class

3.每种类型的Class对象只有1个 = 地址只有1个

// 对于2个String类型对象，它们的Class对象相同
Class c1 = "Carson".getClass();
Class c2 = Class.forName("java.lang.String");
// 用==运算符实现两个类对象地址的比较
System.out.println(c1 ==c2);
// 输出结果：true

4.Java反射机制的实现除了依靠Java.lang.Class类，还需要依靠：Constructor类、Field类、Method类，分别作用于类的各个组成部分：

4.3 使用步骤

在使用Java反射机制时，主要步骤包括：
1.获取目标类型的Class对象
2.通过Class对象分别获取Constructor类对象、Method类对象 &Field类对象
3.通过Constructor类对象、Method类对象 &Field类对象分别获取类的构造函数、方法&属性的具体信息，并进行后续操作

下面，我将详细讲解每个步骤中的使用方法。

步骤1：获取目标类型的Class对象

//获取目标类型的‘Class’对象的方式主要有4种：

//方式1：Object.getClass()
Boolean carson = true;
Class classType = carson.getClass;
System.out.println(classType);
//输出结果：class java.lang.Boolean

//方式2：T.class 语法
// T = 任意Java类型
Class classType = Boolean.class;
System.out.println(classType);
//输出结果：class java.lang.Boolean
// 注：Class对象表示的是一个类型，而这个类型未必一定是类
// 如，int不是类，但int.class是一个Class类型的对象

//方式3：static method Class.forName
Class classType = Class.forName("java.lang.Boolean");
// 使用时应提供异常处理器
System.out.println(classType);
// 输出结果：class java.lang.Boolean

//方式4：TYPE语法
Class classType = Boolean.TYPE;
System.out.println(classType);
// 输出结果：boolean

此处额外讲一下java.lang.reflect.Type类
1.java.lang.reflect.Type是Java中所有类型的父接口
2.这些类型包括:

Type子类型接口

之间的关系如下

Type与其子类之间的关系

步骤2：通过Class对象分别获取Constructor类对象、Method类对象 &Field类对象

// 即以下方法都属于`Class` 类的方法。

1.获取类的构造函数（传入构造函数的参数类型）
// a. 获取指定的构造函数（公共 / 继承）
Constructor getConstructor(Class ... parameterTypes);
// b. 获取所有的构造函数（公共 / 继承）
Constructor[] getConstructors();
// c. 获取指定的构造函数（不包括继承）
Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes)
// d. 获取所有的构造函数（不包括继承）
Constructor[] getDeclaredConstructors();

// 最终都是获得一个Constructor类对象

// 特别注意：
// 1. 不带 "Declared"的方法支持取出包括继承、公有（Public） & 不包括有（Private）的构造函数
// 2. 带 "Declared"的方法是支持取出包括公共（Public）、保护（Protected）、默认（包）访问和私有（Private）的构造方法，但不包括继承的构造函数
// 下面同理

2. 获取类的属性（传入属性名）
// a. 获取指定的属性（公共 / 继承）
Field getField(String name) ;
// b. 获取所有的属性（公共 / 继承）
Field[] getFields() ;
// c. 获取指定的所有属性（不包括继承）
Field getDeclaredField(String name);
// d. 获取所有的所有属性（不包括继承）
Field[] getDeclaredFields() ;
// 最终都是获得一个Field类对象

3. 获取类的方法（传入方法名 & 参数类型）
// a. 获取指定的方法（公共 / 继承）
Method getMethod(String name, Class... parameterTypes)
// b. 获取所有的方法（公共 / 继承）
Method[] getMethods() ;
// c. 获取指定的方法（不包括继承）
Method getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes) ；
// d. 获取所有的方法（不包括继承）
Method[] getDeclaredMethods() ；
// 最终都是获得一个Method类对象

4. Class类的其他常用方法
// 返回父类
getSuperclass();
// 作用：返回完整的类名（含包名，如java.lang.String ）
String getName();
// 作用：快速地创建一个类的实例
// 具体过程：调用默认构造器（若该类无默认构造器，则抛出异常）
// 注：若需要为构造器提供参数需使用java.lang.reflect.Constructor中的newInstance()
Object newInstance();

步骤3：通过Constructor类对象、Method类对象 &Field类对象分别获取类的构造函数、方法 & 属性的具体信息 & 进行操作

// 即以下方法都分别属于`Constructor`类、`Method`类 & `Field`类的方法。

1. 通过Constructor 类对象获取类构造函数信息
String getName()；// 获取构造器名
Class getDeclaringClass()；// 获取一个用于描述类中定义的构造器的Class对象
int getModifiers()；// 返回整型数值，用不同的位开关描述访问修饰符的使用状况
Class[] getExceptionTypes()；// 获取描述方法抛出的异常类型的Class对象数组
Class[] getParameterTypes()；// 获取一个用于描述参数类型的Class对象数组

2. 通过Field类对象获取类属性信息
String getName()；// 返回属性的名称
Class getDeclaringClass()； // 获取属性类型的Class类型对象
Class getType()；// 获取属性类型的Class类型对象
int getModifiers()； // 返回整型数值，用不同的位开关描述访问修饰符的使用状况
Object get(Object obj) ；// 返回指定对象上此属性的值
void set(Object obj, Object value) // 设置指定对象上此属性的值为value

3. 通过Method 类对象获取类方法信息
String getName()；// 获取方法名
Class getDeclaringClass()；// 获取方法的Class对象
int getModifiers()；// 返回整型数值，用不同的位开关描述访问修饰符的使用状况
Class[] getExceptionTypes()；// 获取用于描述方法抛出的异常类型的Class对象数组
Class[] getParameterTypes()；// 获取一个用于描述参数类型的Class对象数组

<--额外：java.lang.reflect.Modifier类 -->
// 作用：获取访问修饰符

// 获取对应modifiers位设置的修饰符的字符串表示
static String toString(int modifiers)

// 检测方法名中对应的修饰符在modifiers中的值
static boolean isXXX(int modifiers)

4.4 特别注意：访问权限问题

反射机制的默认行为受限于Java的访问控制

如，无法访问（private）私有的方法、字段

Java安全机制只允许查看任意对象有哪些域，而不允许读它们的值

若强制读取，将抛出异常

解决方案

脱离Java程序中安全管理器的控制、屏蔽Java语言的访问检查，从而脱离访问控制

具体实现手段：

使用Field类、Method类&Constructor类对象的setAccessible()

//作用：为反射对象设置可访问标志
//规则：flag = true时，表示已屏蔽Java语言的访问检查，使得可以访问 & 修改对象的私有属性
void setAccessible(boolean flag)

// 返回反射对象的可访问标志的值
boolean isAccessible()

// 设置对象数组可访问标志
static void setAccessible(AccessibleObject[] array, boolean flag)

5. 实例应用讲解

5.1 基础应用讲解

实例1：利用反射获取类的属性 & 赋值

//定义测试类public class Student{ private String name; public Student() { System.out.println("创建了一个Student实例"); } } <-- 利用反射获取属性 & 赋值 --> // 1. 获取Student类的Class对象 Class studentClazz = Student.class; // 2. 通过Class对象创建Student类的对象 Object mStudent = studentClazz.newInstance(); // 3. 通过Class对象获取Student类的name属性 Filed f = studentClazz.getDeclaredField("name"); // 4. 设置私有访问权限 f.setAccessible(true); // 5. 对新创建的Student对象设置name值 f.set(mStudent,"Leeham_Li"); // 6. 获取新创建Student对象的name属性&输出 System.out.println(f.get(mStudent));

实例2：利用反射调用类的构造函数

<-- 测试类定义-->

public class Student { private String name; // 无参构造函数 public Student() { System.out.println("调用了无参构造函数"); } // 有参构造函数 public Student(String str) { System.out.println("调用了有参构造函数"); } } <-- 利用反射调用构造函数 --> // 1. 获取Student类的Class对象 Class studentClass studentClass = Student.class; // 2.1 通过Class对象获取Constructor类对象，从而调用无参构造方法// 注：构造函数的调用实际上是在newInstance()，而不是在getConstructor()中调用Object mObj1 = studentClass.getConstructor().newInstance(); // 2.2 通过Class对象获取Constructor类对象（传入参数类型），从而调用有参构造方法Object mObj2 = studentClass.getConstructor(String.class).newInstance("Carson");

实例3：利用反射调用类对象的方法

<-- 测试类定义-->

public class Student { public Student() { System.out.println("创建了一个Student实例"); } // 无参数方法 public void setName1 (){ System.out.println("调用了无参方法：setName1（）"); } // 有参数方法 public void setName2 (String str){ System.out.println("调用了有参方法setName2（String str）:" + str); } } <-- 利用反射调用方法 --> // 1. 获取Student类的Class对象 Class studentClass = Student.class; // 2. 通过Class对象创建Student类的对象 Object mStudent = studentClass.newInstance(); // 3.1 通过Class对象获取方法setName1（）的Method对象:需传入方法名 // 因为该方法 = 无参，所以不需要传入参数 Method msetName1 = studentClass.getMethod("setName1"); // 通过Method对象调用setName1（）：需传入创建的实例 msetName1.invoke(mStudent); // 3.2 通过Class对象获取方法setName2（）的Method对象:需传入方法名 & 参数类型 Method msetName2 = studentClass.getMethod("setName2",String.class); // 通过Method对象调用setName2（）：需传入创建的实例 & 参数值 msetName2.invoke(mStudent,"Carson_Ho");

5.2 常见需求场景讲解

实例1：工厂模式优化

采用简单工厂模式

1.操作成本高：每增加一个接口的子类，必须修改工厂类的逻辑
2.系统复杂性提高：每增加一个接口的子类，都必须向工厂类添加逻辑

关于简单工厂模式的介绍 & 使用请看文章：简单工厂模式（SimpleFactoryPattern）- 最易懂的设计模式解析

解决方案：
采用反射机制：通过传入子类名称 & 动态创建子类实例，从而使得在增加产品接口子类的情况下，也不需要修改工厂类的逻辑

步骤1. 创建抽象产品类的公共接口

Product.java

abstract class Product{ public abstract void show(); }

步骤2. 创建具体产品类（继承抽象产品类），定义生产的具体产品

<-- 具体产品类A：ProductA.java --> public class ProductA extends Product{ @Override public void show() { System.out.println("生产出了产品A"); } } <-- 具体产品类B：ProductB.java --> public class ProductB extends Product{ @Override public void show() { System.out.println("生产出了产品B"); } }

步骤3. 创建工厂类

Factory.java

public class Factory { // 定义方法：通过反射动态创建产品类实例 public static Product getInstance(String ClassName) { Product concreteProduct = null; try { // 1. 根据传入的产品类名获取产品类类型的Class对象 Class product_Class = Class.forName(ClassName); // 2. 通过Class对象动态创建该产品类的实例 concreteProduct = (Product) product_Class.newInstance(); }catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } // 3. 返回该产品类实例 return concreteProduct; } }

步骤4：外界通过调用工厂类的静态方法（反射原理），传入不同参数从而创建不同具体产品类的实例

TestReflect.java

public class TestReflect { public static void main(String[] args) throws Exception { // 1. 通过调用工厂类的静态方法（反射原理），从而动态创建产品类实例 // 需传入完整的类名 & 包名 Product concreteProduct = Factory.getInstance("scut.carson_ho.reflection_factory.ProductA"); // 2. 调用该产品类对象的方法，从而生产产品 concreteProduct.show(); } }

如此一来，通过采用反射机制（通过传入子类名称 & 动态创建子类实例），从而使得在增加产品接口子类的情况下，也不需要修改工厂类的逻辑 & 增加系统复杂度

实例2：应用了反射机制的工厂模式再次优化

背景：在上述方案中，通过调用工厂类的静态方法（反射原理），从而动态创建产品类实例（该过程中：需传入完整的类名 & 包名）

冲突：开发者无法提前预知接口中的子类类型 & 完整类名

解决方案：通过属性文件的形式（Properties）配置所要的子类信息，在使用时直接读取属性配置文件从而获取子类信息（完整类名）

具体实现

步骤1：创建抽象产品类的公共接口

Product.java

abstract class Product{ public abstract void show(); }

步骤2. 创建具体产品类（继承抽象产品类），定义生产的具体产品

<-- 具体产品类A：ProductA.java --> public class ProductA extends Product{ @Override public void show() { System.out.println("生产出了产品A"); } } <-- 具体产品类B：ProductB.java --> public class ProductB extends Product{ @Override public void show() { System.out.println("生产出了产品B"); } }

步骤3. 创建工厂类

Factory.java

public class Factory { // 定义方法：通过反射动态创建产品类实例 public static Product getInstance(String ClassName) { Product concreteProduct = null; try { // 1. 根据传入的产品类名获取产品类类型的Class对象 Class product_Class = Class.forName(ClassName); // 2. 通过Class对象动态创建该产品类的实例 concreteProduct = (Product) product_Class.newInstance(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } // 3. 返回该产品类实例 return concreteProduct; }

步骤4：创建属性配置文件

Product.properties

// 写入抽象产品接口类的子类信息（完整类名） ProductA = scut.carson_ho.reflection_factory.ProductA ProductB = scut.carson_ho.reflection_factory.ProductB

步骤5：将属性配置文件放到src/main/assets文件夹中

若没assets文件夹，则自行创建

步骤6：在动态创建产品类对象时，动态读取属性配置文件从而获取子类完整类名