反射专题学习
反射的思想及作用
有反必有正，就像世间的阴和阳，计算机的0和1一样。天道有轮回，苍天...（净会在这瞎bibi）
在学习反射之前，先来了解正射是什么。我们平常用的最多的 new 方式实例化对象的方式就是一种正射的体现。假如我需要实例化一个HashMap，代码就会是这样子。
Map map = new HashMap<>();
map.put(1, 1);
复制代码 某一天发现，该段程序不适合用 HashMap 存储键值对，更倾向于用LinkedHashMap存储。重新编写代码后变成下面这个样子。
Map map = new LinkedHashMap<>();
map.put(1, 1);
复制代码 假如又有一天，发现数据还是适合用 HashMap来存储，难道又要重新修改源码吗？
发现问题了吗？我们每次改变一种需求，都要去重新修改源码，然后对代码进行编译，打包，再到 JVM 上重启项目。这么些步骤下来，效率非常低。
对于这种需求频繁变更但变更不大的场景，频繁地更改源码肯定是一种不允许的操作，我们可以使用一个开关，判断什么时候使用哪一种数据结构。
public Map getMap(String param) {
Map map = null;
if (param.equals("HashMap")) {
map = new HashMap<>();
} else if (param.equals("LinkedHashMap")) {
map = new LinkedHashMap<>();
} else if (param.equals("WeakHashMap")) {
map = new WeakHashMap<>();
}
return map;
}
复制代码 通过传入参数param决定使用哪一种数据结构，可以在项目运行时，通过动态传入参数决定使用哪一个数据结构。
如果某一天还想用TreeMap，还是避免不了修改源码，重新编译执行的弊端。这个时候，反射就派上用场了。
在代码运行之前，我们不确定将来会使用哪一种数据结构，只有在程序运行时才决定使用哪一个数据类，而反射可以在程序运行过程中动态获取类信息和调用类方法。通过反射构造类实例，代码会演变成下面这样。
public Map getMap(String className) {
Class clazz = Class.forName(className);
Consructor con = clazz.getConstructor();
return (Map) con.newInstance();
}
复制代码 无论使用什么 Map，只要实现了Map接口，就可以使用全类名路径传入到方法中，获得对应的 Map 实例。例如java.util.HashMap / java.util.LinkedHashMap····如果要创建其它类例如WeakHashMap，我也不需要修改上面这段源码。
我们来回顾一下如何从 new 一个对象引出使用反射的。
- 在不使用反射时，构造对象使用 new 方式实现，这种方式在编译期就可以把对象的类型确定下来。
- 如果需求发生变更，需要构造另一个对象，则需要修改源码，非常不优雅，所以我们通过使用
开关，在程序运行时判断需要构造哪一个对象，在运行时可以变更开关来实例化不同的数据结构。 - 如果还有其它扩展的类有可能被使用，就会创建出非常多的分支，且在编码时不知道有什么其他的类被使用到，假如日后
Map接口下多了一个集合类是xxxHashMap，还得创建分支，此时引出了反射：可以在运行时才确定使用哪一个数据类，在切换类时，无需重新修改源码、编译程序。
第一章总结：
- 反射的思想：在程序运行过程中确定和解析数据类的类型。
- 反射的作用：对于在
编译期无法确定使用哪个数据类的场景，通过反射可以在程序运行时构造出不同的数据类实例。
反射的基本使用
Java 反射的主要组成部分有4个：
Class：任何运行在内存中的所有类都是该 Class 类的实例对象，每个 Class 类对象内部都包含了本来的所有信息。记着一句话，通过反射干任何事，先找 Class 准没错！Field：描述一个类的属性，内部包含了该属性的所有信息，例如数据类型，属性名，访问修饰符······Constructor：描述一个类的构造方法，内部包含了构造方法的所有信息，例如参数类型，参数名字，访问修饰符······Method：描述一个类的所有方法（包括抽象方法），内部包含了该方法的所有信息，与Constructor类似，不同之处是 Method 拥有返回值类型信息，因为构造方法是没有返回值的。
我总结了一张脑图，放在了下面，如果用到了反射，离不开这核心的4个类，只有去了解它们内部提供了哪些信息，有什么作用，运用它们的时候才能易如反掌。
我们在学习反射的基本使用时，我会用一个SmallPineapple类作为模板进行说明，首先我们先来熟悉这个类的基本组成：属性，构造函数和方法
public class SmallPineapple {
public String name;
public int age;
private double weight; // 体重只有自己知道
public SmallPineapple() {}
public SmallPineapple(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public void getInfo() {
System.out.print("["+ name + " 的年龄是：" + age + "]");
}
}
复制代码反射中的用法有非常非常多，常见的功能有以下这几个：
- 在运行时获取一个类的 Class 对象
- 在运行时构造一个类的实例化对象
- 在运行时获取一个类的所有信息：变量、方法、构造器、注解
获取类的 Class 对象
在 Java 中，每一个类都会有专属于自己的 Class 对象，当我们编写完.java文件后，使用javac编译后，就会产生一个字节码文件.class，在字节码文件中包含类的所有信息，如属性，构造方法，方法······当字节码文件被装载进虚拟机执行时，会在内存中生成 Class 对象，它包含了该类内部的所有信息，在程序运行时可以获取这些信息。
获取 Class 对象的方法有3种：
类名.class：这种获取方式只有在编译前已经声明了该类的类型才能获取到 Class 对象
Class clazz = SmallPineapple.class;
复制代码实例.getClass()：通过实例化对象获取该实例的 Class 对象
SmallPineapple sp = new SmallPineapple();
Class clazz = sp.getClass();
复制代码Class.forName(className)：通过类的全限定名获取该类的 Class 对象
Class clazz = Class.forName("com.bean.smallpineapple");
复制代码拿到 Class对象就可以对它为所欲为了：剥开它的皮（获取类信息）、指挥它做事（调用它的方法），看透它的一切（获取属性），总之它就没有隐私了。
不过在程序中，每个类的 Class 对象只有一个，也就是说你只有这一个奴隶。我们用上面三种方式测试，通过三种方式打印各个 Class 对象都是相同的。
Class clazz1 = Class.forName("com.bean.SmallPineapple");
Class clazz2 = SmallPineapple.class;
SmallPineapple instance = new SmallPineapple();
Class clazz3 = instance.getClass();
System.out.println("Class.forName() == SmallPineapple.class:" + (clazz1 == clazz2));
System.out.println("Class.forName() == instance.getClass():" + (clazz1 == clazz3));
System.out.println("instance.getClass() == SmallPineapple.class:" + (clazz2 == clazz3));
复制代码
内存中只有一个 Class 对象的原因要牵扯到
JVM 类加载机制的双亲委派模型，它保证了程序运行时，加载类时每个类在内存中仅会产生一个Class对象。在这里我不打算详细展开说明，可以简单地理解为 JVM 帮我们保证了一个类在内存中至多存在一个 Class 对象。
构造类的实例化对象
通过反射构造一个类的实例方式有2种：
- Class 对象调用
newInstance()方法
Class clazz = Class.forName("com.bean.SmallPineapple");
SmallPineapple smallPineapple = (SmallPineapple) clazz.newInstance();
smallPineapple.getInfo();
// [null 的年龄是：0]
复制代码即使 SmallPineapple 已经显式定义了构造方法，通过 newInstance() 创建的实例中，所有属性值都是对应类型的初始值，因为 newInstance() 构造实例会调用默认无参构造器。
- Constructor 构造器调用
newInstance()方法
Class clazz = Class.forName("com.bean.SmallPineapple");
Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class, int.class);
constructor.setAccessible(true);
SmallPineapple smallPineapple2 = (SmallPineapple) constructor.newInstance("小菠萝", 21);
smallPineapple2.getInfo();
// [小菠萝 的年龄是：21]
复制代码通过 getConstructor(Object... paramTypes) 方法指定获取指定参数类型的 Constructor， Constructor 调用 newInstance(Object... paramValues) 时传入构造方法参数的值，同样可以构造一个实例，且内部属性已经被赋值。
通过Class对象调用 newInstance() 会走默认无参构造方法，如果想通过显式构造方法构造实例，需要提前从Class中调用getConstructor()方法获取对应的构造器，通过构造器去实例化对象。
这些 API 是在开发当中最常遇到的，当然还有非常多重载的方法，本文由于篇幅原因，且如果每个方法都一一讲解，我们也记不住，所以用到的时候去类里面查找就已经足够了。
获取一个类的所有信息
Class 对象中包含了该类的所有信息，在编译期我们能看到的信息就是该类的变量、方法、构造器，在运行时最常被获取的也是这些信息。
获取类中的变量（Field）
- Field[] getFields()：获取类中所有被
public修饰的所有变量 - Field getField(String name)：根据变量名获取类中的一个变量，该变量必须被public修饰
- Field[] getDeclaredFields()：获取类中所有的变量，但无法获取继承下来的变量
- Field getDeclaredField(String name)：根据姓名获取类中的某个变量，无法获取继承下来的变量
获取类中的方法（Method）
-
Method[] getMethods()：获取类中被
public修饰的所有方法 -
Method getMethod(String name, Class... paramTypes)：根据名字和参数类型获取对应方法，该方法必须被
public修饰 -
Method[] getDeclaredMethods()：获取
所有方法，但无法获取继承下来的方法 -
Method getDeclaredMethod(String name, Class... paramTypes)：根据名字和参数类型获取对应方法，无法获取继承下来的方法
获取类的构造器（Constructor）
- Constuctor[] getConstructors()：获取类中所有被
public修饰的构造器 - Constructor getConstructor(Class... paramTypes)：根据
参数类型获取类中某个构造器，该构造器必须被public修饰 - Constructor[] getDeclaredConstructors()：获取类中所有构造器
- Constructor getDeclaredConstructor(class... paramTypes)：根据
参数类型获取对应的构造器
每种功能内部以 Declared 细分为2类：
有
Declared修饰的方法：可以获取该类内部包含的所有变量、方法和构造器，但是无法获取继承下来的信息无
Declared修饰的方法：可以获取该类中public修饰的变量、方法和构造器，可获取继承下来的信息
如果想获取类中所有的（包括继承）变量、方法和构造器，则需要同时调用getXXXs()和getDeclaredXXXs()两个方法，用Set集合存储它们获得的变量、构造器和方法，以防两个方法获取到相同的东西。
例如：要获取SmallPineapple获取类中所有的变量，代码应该是下面这样写。
Class clazz = Class.forName("com.bean.SmallPineapple");
// 获取 public 属性，包括继承
Field[] fields1 = clazz.getFields();
// 获取所有属性，不包括继承
Field[] fields2 = clazz.getDeclaredFields();
// 将所有属性汇总到 set
Set allFields = new HashSet<>();
allFields.addAll(Arrays.asList(fields1));
allFields.addAll(Arrays.asList(fields2));
复制代码 不知道你有没有发现一件有趣的事情，如果父类的属性用
protected修饰，利用反射是无法获取到的。protected 修饰符的作用范围：只允许
同一个包下或者子类访问，可以继承到子类。getFields() 只能获取到本类的
public属性的变量值；getDeclaredFields() 只能获取到本类的所有属性，不包括继承的；无论如何都获取不到父类的 protected 属性修饰的变量，但是它的的确确存在于子类中。
获取注解
获取注解单独拧了出来，因为它并不是专属于 Class 对象的一种信息，每个变量，方法和构造器都可以被注解修饰，所以在反射中，Field，Constructor 和 Method 类对象都可以调用下面这些方法获取标注在它们之上的注解。
- Annotation[] getAnnotations()：获取该对象上的所有注解
- Annotation getAnnotation(Class annotaionClass)：传入
注解类型，获取该对象上的特定一个注解 - Annotation[] getDeclaredAnnotations()：获取该对象上的显式标注的所有注解，无法获取
继承下来的注解 - Annotation getDeclaredAnnotation(Class annotationClass)：根据
注解类型，获取该对象上的特定一个注解，无法获取继承下来的注解
只有注解的@Retension标注为RUNTIME时，才能够通过反射获取到该注解，@Retension 有3种保存策略：
SOURCE：只在源文件(.java)中保存，即该注解只会保留在源文件中，编译时编译器会忽略该注解，例如 @Override 注解CLASS：保存在字节码文件(.class)中，注解会随着编译跟随字节码文件中，但是运行时不会对该注解进行解析RUNTIME：一直保存到运行时，用得最多的一种保存策略，在运行时可以获取到该注解的所有信息
像下面这个例子，SmallPineapple 类继承了抽象类Pineapple，getInfo()方法上标识有 @Override 注解，且在子类中标注了@Transient注解，在运行时获取子类重写方法上的所有注解，只能获取到@Transient的信息。
public abstract class Pineapple {
public abstract void getInfo();
}
public class SmallPineapple extends Pineapple {
@Transient
@Override
public void getInfo() {
System.out.print("小菠萝的身高和年龄是:" + height + "cm ; " + age + "岁");
}
}
复制代码启动类Bootstrap获取 SmallPineapple 类中的 getInfo() 方法上的注解信息：
public class Bootstrap {
/**
* 根据运行时传入的全类名路径判断具体的类对象
* @param path 类的全类名路径
*/
public static void execute(String path) throws Exception {
Class obj = Class.forName(path);
Method method = obj.getMethod("getInfo");
Annotation[] annotations = method.getAnnotations();
for (Annotation annotation : annotations) {
System.out.println(annotation.toString());
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
execute("com.pineapple.SmallPineapple");
}
}
// @java.beans.Transient(value=true)
复制代码通过反射调用方法
通过反射获取到某个 Method 类对象后，可以通过调用invoke方法执行。
invoke(Oject obj, Object... args)：参数`1指定调用该方法的对象，参数2是方法的参数列表值。
如果调用的方法是静态方法，参数1只需要传入null，因为静态方法不与某个对象有关，只与某个类有关。
可以像下面这种做法，通过反射实例化一个对象，然后获取Method方法对象，调用invoke()指定SmallPineapple的getInfo()方法。
Class clazz = Class.forName("com.bean.SmallPineapple");
Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class, int.class);
constructor.setAccessible(true);
SmallPineapple sp = (SmallPineapple) constructor.newInstance("小菠萝", 21);
Method method = clazz.getMethod("getInfo");
if (method != null) {
method.invoke(sp, null);
}
// [小菠萝的年龄是：21]
复制代码反射的应用场景
反射常见的应用场景这里介绍3个：
- Spring 实例化对象：当程序启动时，Spring 会读取配置文件
applicationContext.xml并解析出里面所有的 标签实例化到IOC容器中。 - 反射 + 工厂模式：通过
反射消除工厂中的多个分支，如果需要生产新的类，无需关注工厂类，工厂类可以应对各种新增的类，反射可以使得程序更加健壮。 - JDBC连接数据库：使用JDBC连接数据库时，指定连接数据库的
驱动类时用到反射加载驱动类
Spring 的 IOC 容器
在 Spring 中，经常会编写一个上下文配置文件applicationContext.xml，里面就是关于bean的配置，程序启动时会读取该 xml 文件，解析出所有的 IOC容器中。
复制代码在定义好上面的文件后，通过ClassPathXmlApplicationContext加载该配置文件，程序启动时，Spring 会将该配置文件中的所有bean都实例化，放入 IOC 容器中，IOC 容器本质上就是一个工厂，通过该工厂传入 \ 标签的id属性获取到对应的实例。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ApplicationContext ac =
new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
SmallPineapple smallPineapple = (SmallPineapple) ac.getBean("smallpineapple");
smallPineapple.getInfo(); // [小菠萝的年龄是：21]
}
}
复制代码Spring 在实例化对象的过程经过简化之后，可以理解为反射实例化对象的步骤：
- 获取Class对象的构造器
- 通过构造器调用 newInstance() 实例化对象
当然 Spring 在实例化对象时，做了非常多额外的操作，才能够让现在的开发足够的便捷且稳定。
在之后的文章中会专门写一篇文章讲解如何利用反射实现一个
简易版的IOC容器，IOC容器原理很简单，只要掌握了反射的思想，了解反射的常用 API 就可以实现，我可以提供一个简单的思路：利用 HashMap 存储所有实例，key 代表 \ 标签的id，value 存储对应的实例，这对应了 Spring IOC容器管理的对象默认是单例的。
反射 + 抽象工厂模式
传统的工厂模式，如果需要生产新的子类，需要修改工厂类，在工厂类中增加新的分支；
public class MapFactory {
public Map produceMap(String name) {
if ("HashMap".equals(name)) {
return new HashMap<>();
} else if ("TreeMap".equals(name)) {
return new TreeMap<>();
} // ···
}
}
复制代码 利用反射和工厂模式相结合，在产生新的子类时，工厂类不用修改任何东西，可以专注于子类的实现，当子类确定下来时，工厂也就可以生产该子类了。
反射 + 抽象工厂的核心思想是：
- 在运行时通过参数传入不同子类的全限定名获取到不同的 Class 对象，调用 newInstance() 方法返回不同的子类。细心的读者会发现提到了子类这个概念，所以反射 + 抽象工厂模式，一般会用于有继承或者接口实现关系。
例如，在运行时才确定使用哪一种 Map 结构，我们可以利用反射传入某个具体 Map 的全限定名，实例化一个特定的子类。
public class MapFactory {
/**
* @param className 类的全限定名
*/
public Map produceMap(String className) {
Class clazz = Class.forName(className);
Map map = clazz.newInstance();
return map;
}
}
复制代码 className 可以指定为 java.util.HashMap，或者 java.util.TreeMap 等等，根据业务场景来定。
JDBC 加载数据库驱动类
在导入第三方库时，JVM不会主动去加载外部导入的类，而是等到真正使用时，才去加载需要的类，正是如此，我们可以在获取数据库连接时传入驱动类的全限定名，交给 JVM 加载该类。
public class DBConnectionUtil {
/** 指定数据库的驱动类 */
private static final String DRIVER_CLASS_NAME = "com.mysql.jdbc.Driver";
public static Connection getConnection() {
Connection conn = null;
// 加载驱动类
Class.forName(DRIVER_CLASS_NAME);
// 获取数据库连接对象
conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://···", "root", "root");
return conn;
}
}
复制代码在我们开发 SpringBoot 项目时，会经常遇到这个类，但是可能习惯成自然了，就没多大在乎，我在这里给你们看看常见的application.yml中的数据库配置，我想你应该会恍然大悟吧。
这里的 driver-class-name，和我们一开始加载的类是不是觉得很相似，这是因为MySQL版本不同引起的驱动类不同，这体现使用反射的好处：不需要修改源码，仅加载配置文件就可以完成驱动类的替换。
在之后的文章中会专门写一篇文章详细地介绍反射的应用场景，实现简单的
IOC容器以及通过反射实现工厂模式的好处。在这里，你只需要掌握反射的基本用法和它的思想，了解它的主要使用场景。
反射的优势及缺陷
反射的优点：
- 增加程序的灵活性：面对需求变更时，可以灵活地实例化不同对象
但是，有得必有失，一项技术不可能只有优点没有缺点，反射也有两个比较隐晦的缺点：
- 破坏类的封装性：可以强制访问 private 修饰的信息
- 性能损耗：反射相比直接实例化对象、调用方法、访问变量，中间需要非常多的检查步骤和解析步骤，JVM无法对它们优化。
增加程序的灵活性
这里不再用 SmallPineapple 举例了，我们来看一个更加贴近开发的例子：
- 利用反射连接数据库，涉及到数据库的数据源。在 SpringBoot 中一切约定大于配置，想要定制配置时，使用
application.properties配置文件指定数据源
角色1 - Java的设计者：我们设计好DataSource接口，你们其它数据库厂商想要开发者用你们的数据源监控数据库，就得实现我的这个接口！
角色2 - 数据库厂商：
- MySQL 数据库厂商：我们提供了 com.mysql.cj.jdbc.MysqlDataSource 数据源，开发者可以使用它连接 MySQL。
- 阿里巴巴厂商：我们提供了 com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource 数据源，我这个数据源更牛逼，具有页面监控，慢SQL日志记录等功能，开发者快来用它监控 MySQL吧！
- SQLServer 厂商：我们提供了 com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQLServerDataSource 数据源，如果你想实用SQL Server 作为数据库，那就使用我们的这个数据源连接吧
角色3 - 开发者：我们可以用配置文件指定使用DruidDataSource数据源
spring.datasource.type=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
复制代码需求变更：某一天，老板来跟我们说，Druid 数据源不太符合我们现在的项目了，我们使用 MysqlDataSource 吧，然后程序猿就会修改配置文件，重新加载配置文件，并重启项目，完成数据源的切换。
spring.datasource.type=com.mysql.cj.jdbc.MysqlDataSource
复制代码在改变连接数据库的数据源时，只需要改变配置文件即可，无需改变任何代码，原因是：
- Spring Boot 底层封装好了连接数据库的数据源配置，利用反射，适配各个数据源。
下面来简略的进行源码分析。我们用ctrl+左键点击spring.datasource.type进入 DataSourceProperties 类中，发现使用setType() 将全类名转化为 Class 对象注入到type成员变量当中。在连接并监控数据库时，就会使用指定的数据源操作。
private Class type;
public void setType(Class type) {
this.type = type;
}
复制代码Class对象指定了泛型上界DataSource，我们去看一下各大数据源的类图结构。
上图展示了一部分数据源，当然不止这些，但是我们可以看到，无论指定使用哪一种数据源，我们都只需要与配置文件打交道，而无需更改源码，这就是反射的灵活性！
破坏类的封装性
很明显的一个特点，反射可以获取类中被private修饰的变量、方法和构造器，这违反了面向对象的封装特性，因为被 private 修饰意味着不想对外暴露，只允许本类访问，而setAccessable(true)可以无视访问修饰符的限制，外界可以强制访问。
还记得单例模式一文吗？里面讲到反射破坏饿汉式和懒汉式单例模式，所以之后用了枚举避免被反射KO。
回到最初的起点，SmallPineapple 里有一个 weight 属性被 private 修饰符修饰，目的在于自己的体重并不想给外界知道。
public class SmallPineapple {
public String name;
public int age;
private double weight; // 体重只有自己知道
public SmallPineapple(String name, int age, double weight) {
this.name = name;
this.age = age;
this.weight = weight;
}
}
复制代码虽然 weight 属性理论上只有自己知道，但是如果经过反射，这个类就像在裸奔一样，在反射面前变得一览无遗。
SmallPineapple sp = new SmallPineapple("小菠萝", 21, "54.5");
Clazz clazz = Class.forName(sp.getClass());
Field weight = clazz.getDeclaredField("weight");
weight.setAccessable(true);
System.out.println("窥觑到小菠萝的体重是：" + weight.get(sp));
// 窥觑到小菠萝的体重是：54.5 kg
复制代码性能损耗
在直接 new 对象并调用对象方法和访问属性时，编译器会在编译期提前检查可访问性，如果尝试进行不正确的访问，IDE会提前提示错误，例如参数传递类型不匹配，非法访问 private 属性和方法。
而在利用反射操作对象时，编译器无法提前得知对象的类型，访问是否合法，参数传递类型是否匹配。只有在程序运行时调用反射的代码时才会从头开始检查、调用、返回结果，JVM也无法对反射的代码进行优化。
虽然反射具有性能损耗的特点，但是我们不能一概而论，产生了使用反射就会性能下降的思想，反射的慢，需要同时调用上100W次才可能体现出来，在几次、几十次的调用，并不能体现反射的性能低下。所以不要一味地戴有色眼镜看反射，在单次调用反射的过程中，性能损耗可以忽略不计。如果程序的性能要求很高，那么尽量不要使用反射。
反射基础篇文末总结
- 反射的思想：反射就像是一面镜子一样，在运行时才看到自己是谁，可获取到自己的信息，甚至实例化对象。
- 反射的作用：在运行时才确定实例化对象，使程序更加健壮，面对需求变更时，可以最大程度地做到不修改程序源码应对不同的场景，实例化不同类型的对象。
- 反射的应用场景常见的有
3个：Spring的 IOC 容器，反射+工厂模式 使工厂类更稳定，JDBC连接数据库时加载驱动类 - 反射的
3个特点：增加程序的灵活性、破坏类的封装性以及性能损耗
作者：程序员cxuan
链接：https://juejin.im/post/6864324335654404104
来源：掘金
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