深入理解Java中的反射机制

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方法和属性；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射机制。

一：Class类

在面向对象的世界里，万物皆对象。类也是对象，类是java.lang.Class类的实例对象。

Class类的实例表示正在运行的 Java 应用程序中的类和接口。枚举是一种类，注释是一种接口。每个数组属于被映射为 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。

基本的 Java 类型（boolean、byte、char、short、int、long、float 和 double）和关键字 void 也表示为 Class 对象。

Class 没有公共构造方法。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。

上面来自于JDK的罗里吧嗦，下面我来说下自己的体会：

类不是抽象的，类是具体的！

类是.class字节码文件，要想获取一个Class实例对象，首先需要获取.class字节码文件！

然后调用Class对象的一些方法，进行动态获取信息以及动态调用对象方法！

二：类类型

新建一个Foo类。Foo这个类也是实例对象，是Class的实例对象。

不知道你是否在意过类的声明与方法的声明：

public class Foo{
       Foo(){
          //构造方法
       }
}
public Foo method(){
    //...
}

我们知道public后跟返回类型，也就可以知道class也是一个类型。

如何表示Class的实例对象？

    public static void main(String[] args) {
        //Foo的实例对象，new 就出来了
        Foo foo1 = new Foo();
        
        //如何表示？
        //第一种：告诉我们任何一个类都有一个隐含的静态成员变量class
        Class c1 = Foo.class;
        
        //第二种:已经知道该类的对象通过getClass方法
        Class c2 = foo1.getClass();
        System.out.println(c1 == c2);
        
        //第三种：动态加载
        Class c3 = null;
        try {
            c3 = Class.forName("cn.zyzpp.reflect.Foo");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println(c2 == c3);
    }

上述打印结果全是true

尽管 c1或c2 都代表了Foo的类类型，一个类只能是Class类的一个实例变量。

我们完全可以通过类的类类型（Class类型）创建类的实例对象。

        //此时c1 c2 c3为Class的实例对象
        try {
//            Foo foo = (Foo)c1.newInstance();
            Foo foo = (Foo)c3.newInstance();
            foo.print();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

静态加载

new 创建对象是静态加载类，在编译时刻就需要加载所有的可能使用到的类 。

动态加载

使用 Class.forName("类的全称") 加载类称作为动态加载 。

编译时刻加载类是静态加载类，运行时刻加载类是动态加载类。

举个例子

定义Office类

public class Office {
    public void print() {
        System.out.println("office");
    }
}

定义Loading类

public class Loading {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //在运行时再动态加载类
            //arg[0] 为java执行命令时传的参数
            Class a = Class.forName(args[0]);
            Office office = (Office) a.newInstance();
            office.print();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

执行过程

D:\>javac -encoding utf-8 Loading.java Office.java

D:\>java Loading Office
office

通过Class a=Class.forName(arg[0])动态加载获取类，因编译时不知道使用哪个类，因此编译没有加载任何类，直接通过编译，运行时，根据 java Loading Office （office是一个类类型/类，下标arg[0]）,去确定a是哪个类。这就是动态加载。如果Office类不存在，此时运行会报错。这就是为何有时候会出现编译通过，运行报错的原因。

动态加载一个好处，就是可以随时增加需要编译的类。例如把Office改造为抽象类或接口，定义不同的子类，动态选择加载。

三：类的反射

通过上面的三种方法获取到类的类类型，就可以获取到该类的成员方法，成员变量，方法参数注释等信息。

方法对象是Method类，一个成员方法就是一个Method对象。

方法	解释
getMethods()	返回该类继承以及自身声明的所有public的方法数组
getDeclaredMethods()	返回该类自身声明的所有public的方法数组，不包括继承而来

成员变量也是对象，是java.lang.reflect.Field对象，Field类封装了关于成员变量的操作。

方法	解释
getFields()	获取所有的public的成员变量信息，包括继承的。
getDeclaredFields()	获取该类自己声明的成员变量信息，public，private等

获取Java语言修饰符（public、private、final、static）的int返回值，再调用Modifier.toString()获取修饰符的字符串形式，注意该方法会返回所有修饰符。

方法	解释
getModifiers()	以整数形式返回由此对象表示的字段的 Java 语言修饰符。

获取注释

方法	解释
getAnnotations()	返回此元素上存在的所有注释。
getDeclaredAnnotations()	返回直接存在于此元素上的所有注释。

构造函数也是对象，是java.lang.reflect.Constructor的对象。

方法	解释
getConstructors()	返回所有public构造方法
getDeclaredConstructors()	返回类的所有构造方法，不止public

完整示例

    private void printClassMessage(Object obj){
        //要获取类的信息，首先获取类的类类型
        Class clazz = obj.getClass();
        //获取类的名称
        System.out.println(Modifier.toString(clazz.getModifiers())+" "+ clazz.getClass().getName()+" "+clazz.getName()+"{");
        
        System.out.println("----构造方法----");
        
        //构造方法
        Constructor[] constructors = clazz.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor constructor: constructors){
            //构造方法修饰符与名字
            System.out.print(Modifier.toString(constructor.getModifiers())+" "+constructor.getName()+"(");
            //构造函数的所有参数类型
            Class[] parameterTypes = constructor.getParameterTypes();
            for (Class c: parameterTypes){
                System.out.print(c.getName()+", ");
            }
            System.out.println("){}");
        }
        
        System.out.println("----成员变量----");
        
        //成员变量
        Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field field: fields){
            System.out.println(" "+Modifier.toString(field.getModifiers())+" "+field.getType().getName() + " " + field.getName()+";");
        }
        
        System.out.println("----成员方法----");
        
        //Method类，方法对象,一个成员方法就是一个Method对象
        Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods){
            //获取方法返回类型
            Class returnType = method.getReturnType();
            //获取方法上的所有注释
            Annotation[] annotations = method.getAnnotations();
            for (Annotation annotation: annotations){
                //打印注释类型
                System.out.println(" @"+annotation.annotationType().getName()+" ");
            }
            //打印方法声明
            System.out.print(" "+Modifier.toString(returnType.getModifiers())+" "+returnType.getName()+" "+method.getName()+"(");
            //获取方法的所有参数类型
            Class[] parameterTypes = method.getParameterTypes();
            //获取方法的所有参数
            Parameter[] parameters = method.getParameters();
            for (Parameter parameter: parameters){
                //参数的类型，形参（全是arg123..）
                System.out.print(parameter.getType().getName()+" "+parameter.getName()+", ");
            }
            System.out.println(")");
        }
        System.out.println("}");
    }

以String对象为例，打印结果：

public final java.lang.Class java.lang.String{
----构造方法----
public java.lang.String([B, int, int, ){}
 java.lang.String([C, boolean, ){}
----成员变量----
 private final [C value;
 private int hash;
----成员方法----
 @java.lang.Deprecated 
 public abstract final void getBytes(int arg0, int arg1, [B arg2, int arg3, )
 ......
}

四：方法的反射

定义了一个类Foo用于测试

public class Foo{
    public void print(String name,int num) {
        System.out.println("I am "+name+" age "+num);
    }
}

目标：通过反射获取该方法，传入参数，执行该方法！

1.获取类的方法就是获取类的信息，获取类的信息首先要获取类的类类型

Class clazz = Foo.class;

2.通过名称+参数类型获取方法对象

Method method = clazz.getMethod("print", new Class[]{String.class,int.class});

3.方法的反射操作是通过方法对象来调用该方法，达到和new Foo().print()一样的效果

方法若无返回值则返回null

Object o = method.invoke(new Foo(),new Object[]{"name",20});

五：通过反射认识泛型

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList stringArrayList = new ArrayList<>();
        stringArrayList.add("hello");
        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        
        Class c1 = stringArrayList.getClass();
        Class c2 = arrayList.getClass();
        
        System.out.println(c1 == c2);

    }

打印结果为true

c1==c2的结果返回说明编译之后集合的泛型是去泛型化的。换句话说，泛型不同，对类型没有影响。

Java中集合的泛型其实只是为了防止错误输入，只在编译阶段有效，绕过编译就无效。

验证

我们可以通过反射来操作，绕过编译。

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList stringArrayList = new ArrayList<>();
        stringArrayList.add("hello");
        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        Class c1 = stringArrayList.getClass();
        Class c2 = arrayList.getClass();
        System.out.println(c1 == c2);

        try {
            Method method = c1.getMethod("add",Object.class);
            method.invoke(stringArrayList,20);
            System.out.println(stringArrayList.toString());
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

打印结果：

true
[hello, 20]

成功绕过了泛型的约束。

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