Java之反射相关知识补充

一、概述

1、静态语言和动态语言

1.1 静态语言

运行时结构不可变的语言就是静态语言（如Java、C、C++）
Java不是动态语言，但Java可以称之为准动态语言。即Java有一定的动态性，可以利用反射机制获得类似动态语言的特性。Java的动态性让编程的时候更加灵活

1.2 动态语言

它是一类在运行时，可以改变其结构的语言。（如Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python等）

2、Reflection(反射)

2.1 介绍

它是Java被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

2.2 流程

加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象就包含了完整的类的结构信息。也就是可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过镜子看到类的结构，所以形象地称为反射。

Class c = Class.forName("java.lang.String")

反射方式：实例化对象——>getClass()方法——>得到完整的“包类”名称

2.3 Java反射机制提供的功能

在运行时判断任意一个对象所属的类
在运行时构造任意一个类的对象
在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
在运行时获取泛型信息
在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
在运行时处理注解
生成动态代理
等等

2.4 优缺点

（1）优点

可以实现动态创建对象和编译，体现出很大灵活性。

（2）缺点

对性能有影响。使用反射基本上是一种解释操作，这类操作总是慢于直接执行相同的操作。

2.5 反射相关主要API

java.lang.Class：代表一个类
java.lang.reflect.Method：代表类的方法
java.lang.reflect.Field：代表类的成员变量
java.lang.reflect.Constructor：代表类的构造器
等等

2.6 示例

package com.example.annotation;

import lombok.Data;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

/**
 * 反射
 */
@SpringBootTest
public class test3 {

    @Test
    public void test1() throws ClassNotFoundException {
        // 通过反射获取类的class对象
        Class c1 = Class.forName("com.example.annotation.User");
        System.out.println(c1);

        Class c2 = Class.forName("com.example.annotation.User");
        Class c3 = Class.forName("com.example.annotation.User");

        // 一个类在内存中只有一个class对象
        // 一个类被加载后，类的整个结构都会被封装在class对象中
        System.out.println(c2.hashCode());
        System.out.println(c3.hashCode());
    }
}

@Data
class User{
    private String name;
    private int id;
    private int age;
}

二、反射相关操作

1、获取Class类的实例

1.1 已知具体的类，通过类的class属性获取（最安全可靠，程序性能高）

Class c1 = User.class;

1.2 已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象

User user1 = new User();
Class c1 = user1.getClass();

1.3 已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方法forName()获取，可能抛出ClassNotFoundException

Class c1 = Class.forName("com.example.annotation.User");

1.4 内置基本数据类型可以直接用类名.Type

 Class c2 = Integer.TYPE;

1.5 利用ClassLoader

Class c3 = c1.getSuperclass();

1.6 样例

package com.example.annotation;

import lombok.Data;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

/**
 * 反射
 */
@SpringBootTest
public class test4 {

    @Test
    public void test1() throws ClassNotFoundException {
        User2 user = new Student();

        // 方式一：通过对象获得
        Class c1 = user.getClass();
        System.out.println(c1.hashCode());

        // 方式二：forname获得
        Class c2 = Class.forName("com.example.annotation.User2");
        System.out.println(c2.hashCode());

        // 方式三：通过类名.class获得
        Class c3 = User2.class;
        System.out.println(c3.hashCode());

        // 方式四：基本内置类型的包装类都有一个Type属性
        Class c4 = Integer.TYPE;
        System.out.println(c4.hashCode());

        // 获得父类类型
        Class c5 = c1.getSuperclass();
        System.out.println(c5);
    }
}

@Data
class User2{
    String name;
    private int id;
    private int age;
}

class Student extends User2{
    public Student(){
        this.name = "学生";
    }
}

class Teacher extends User2{
    public Teacher(){
        this.name = "老师";
    }
}

2、有Class对象的类型

2.1 相关类型

class：外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类。
interface：接口
[]：数组
enum：枚举
annotation：注解@interface
primitive type：基本数据类型
void

2.2 示例

package com.example.annotation;

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

import javax.xml.bind.Element;
import java.lang.annotation.ElementType;

@SpringBootTest
public class test5 {
    @Test
    public void test(){
        Class c1 = Object.class;  // 类
        Class c2 = Comparable.class; // 接口
        Class c3 = String[].class; // 一维数组
        Class c4 = int[][].class; // 二维数组
        Class c5 = Override.class; // 注解
        Class c6 = ElementType.class; // 枚举
        Class c7 = Integer.class; // 基本数据类型
        Class c8 = void.class; // void
        Class c9 = Class.class; // Class

        System.out.println(c1);
        System.out.println(c2);
        System.out.println(c3);
        System.out.println(c4);
        System.out.println(c5);
        System.out.println(c6);
        System.out.println(c7);
        System.out.println(c8);
        System.out.println(c9);
    }
}

3、类的加载过程

当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过如下三个步骤来对该类进行初始化。

3.1 加载

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.Class对象。

3.2 链接

将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。

（1）验证

确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题。

（2）准备

正式为类变量（static）分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。

（3）解析

虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。

3.3 初始化

执行类构造器()方法的过程。类构造器()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的构造器）

3.4 样例

package com.example.annotation;

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

@SpringBootTest
public class test6 {

    @Test
    public void test(){
        A a = new A();
        System.out.println(a.m);
        /*
        1、加载到内存，会产生一个类对应Class对象
        2、链接，链接结束后 m = 0
        3、初始化,代码合并了
           (){
               System.out.println("A类静态代码块初始化");
               m = 300;
               m = 100;
           }
           m = 100
         */
    }
}

class A{
    static {
        System.out.println("A类静态代码块初始化");
        m = 300;
    }

    static int m = 100;

    public A() {
        System.out.println("A类的无参构造初始化");
    }
}

4、类的初始化

4.1 类的主动引用（一定会发生类的初始化）

（1）当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类
（2）new一个类的对象
（3）调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法
（4）使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
（5）当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则会先初始化它的父类

4.2 类的被动引用（不会发生类的初始化）

（1）当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化。（当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化）
（2）通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
（3）引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）

4.3 样例

package com.example.annotation;

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

@SpringBootTest
public class test7 {
    static {
        System.out.println("Main类被加载");
    }

    @Test
    public void test() throws ClassNotFoundException {
        // 1、主动引用
        Son son = new Son();

        // 2、反射也会产生主动引用
        Class.forName("com.example.annotation.Son");

        // 不会产生类的引用的方法
        System.out.println(Son.b);

        Son[] array = new Son[5];

        System.out.println(Son.M);
    }

}

class Father{
    static int b = 2;

    static {
        System.out.println("父类被加载");
    }
}

class Son extends Father{
    static {
        System.out.println("子类被加载");
        m = 300;
    }

    static int m = 100;
    static final int M = 1;
}

5、类加载器的作用

5.1 类加载的作用

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口。

5.2 类缓存

标准的JavaSE类加载器可以按照要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器中，它将维持加载（缓存）一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。

5.3 类加载器的种类

（1）引导类加载器

用C++编写，是JVM自带的类加载器，负责Java平台核心库，用来装载核心类库。该加载器无法直接获取。

（2）扩展类加载器

负责jre/lib/ext目录下的jar包或 java.ext.dirs指定目录下的jar包装入工作库。

（3）系统类加载器

负责java-classpath或 java.class.path所指的目录下的类与jar包装入工作，是最常用的加载器。

5.4 样例

package com.example.annotation;

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

@SpringBootTest
public class test8 {

    @Test
    public void test1() throws ClassNotFoundException {

        // 获取系统类的加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);

        // 获取系统类加载器的父类加载器(扩展类加载器)
        ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);

        // 获取扩展类加载器的父类加载器(根加载器（c/c++）)
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);

        // 测试当前类是哪个加载器加载的
        ClassLoader classLoader = Class.forName("com.example.annotation.test1").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        // 测试jdk内置的类
        classLoader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        // 如何获得系统类加载器可以加载的路径
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
        
    }
}

6、获取运行时，类的完整结构

通过反射，获取运行时类的完整结构

6.1 获得类的名字

// 获得类完整的路径名
c1.getName()

// 获得类的名字
c1.getSimpleName()

6.4 获得类的属性

// 只能找到public属性
Field[] fields = c1.getFields();  

// 可以找到全部属性
Field[] fields2 = c1.getDeclaredFields(); 

// 输出所有属性
for (Field field : fields2) {
     System.out.println(field);
}

6.5 指定属性的值

// 指定属性的值
Field name = c1.getDeclaredField("name");

6.6 类的方法

// 获得本类及其父类的全部public方法
Method[] methods = c1.getMethods();

// 获得本类的所有方法
Method[] methods2 = c1.getDeclaredMethods();

6.7 获得指定方法

// 重载
Method getName = c1.getMethod("getName", null);
Method setName = c1.getMethod("setName", String.class);

6.8 获得构造器

// 获得全部public方法
Constructor[] constructors = c1.getConstructors();

// 获得本类的所有方法
Constructor[] constructors2 = c1.getDeclaredConstructors();

6.9 实例

package com.example.annotation;

import lombok.Data;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

@SpringBootTest
public class test9 {

    @Test
    public void test1() throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
        User3 user = new User3();
        Class c1 = user.getClass();

        // 获得类的名字
        System.out.println("=================类的名字======================");
        System.out.println(c1.getName());
        System.out.println(c1.getSimpleName());

        // 获得类的属性
        System.out.println("=================类的属性======================");
        Field[] fields = c1.getFields();  // 只能找到public属性

        Field[] fields2 = c1.getDeclaredFields(); // 可以找到全部属性
        for (Field field : fields2) {
            System.out.println(field);
        }

        // 获得指定属性的值
        System.out.println("=================指定属性的值======================");
        Field name = c1.getDeclaredField("name");
        System.out.println(name);

        // 获得类的方法
        System.out.println("=================类的方法======================");
        // 获得本类及其父类的全部public方法
        Method[] methods = c1.getMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println("正常的：" + method);
        }

        // 获得本类的所有方法
        methods = c1.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println("getDeclaredMethods" + method);
        }

        // 获得指定方法
        // 重载
        Method getName = c1.getMethod("getName", null);
        Method setName = c1.getMethod("setName", String.class);
        System.out.println(getName);
        System.out.println(setName);

        // 获得构造器
        System.out.println("=================获得指定构造器======================");
        // 获得全部public方法
        Constructor[] constructors = c1.getConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println(constructor);
        }

        // 获得本类的所有方法
        constructors = c1.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println(constructor);
        }
    }

}

@Data
class User3 {
    String name;
    private int id;
    private int age;
}

7、动态创建对象

7.1 调用了类的无参构造器创建对象

创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法
（1）类必须有一个无参数的构造器。
（2）类的构造器的访问权限需要足够。

// 获得Class对象
Class c1 = Class.forName("com.example.annotation.User4");

// 构造一个对象
// 本质是调用了类的无参构造器
User4 user4 = (User4)c1.newInstance();
System.out.println(user4);

7.2 通过构造器创建对象

（1）通过Class类的getpeclaredConstryctor(Class … parameterTypes)取得本类的指定形参类型的构造器。
（2）向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数。
（3）通过Constructor实例化对象

// 通过构造器创建对象
Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
User4 user5 = (User4)constructor.newInstance("张三",1,2);
System.out.println(user5);

7.3 通过反射调用普通方法

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。
（1）通过Class类的getMethod(String name,Class… parameterTypes)方法取得一个Method对象并设置此方法操作时所需要的参数类型。
（2）之后使用Objedt invoke(Object obj, 0bject[] args)进行调用，并向方法中传递要设置的obj对象的参数信息。

// 通过反射调用普通方法
User4 user6 = (User4)c1.newInstance();

// 通过反射获取一个方法
Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
// invoke:激活
// (对象，”方法的值“)
setName.invoke(user6, "李四");
System.out.println(user6.getName());

7.4 通过反射操作属性

Method和Field、 Constructor对象 都有setAccessible()方法。
setAccessible作用是启动和禁用访问安全检查的开关。
（1）参数值为true则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查。提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被调用，那么设置为true，使得原本无法访问的私有成员也可以访问。
（2）参数值为false则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查。

// 通过反射操作属性
User4 user5 = (User4) c1.newInstance();
Field name = c1.getDeclaredField("name");
// 不能直接操作私有属性，需要关闭程序的安全检测，属性或方法的setAccessible(true)
name.setAccessible(true);
name.set(user5,"王五");
System.out.println(user5.getName());

8、获取泛型信息

反射操作泛型，Java采用泛型擦除的机制来引入泛型，Java中的泛型仅仅是给编译器javac使用的,确保数据的安全性和免去强制类型转换问题，但是，一旦编译完成,所有和泛型有关的类型全部擦除。
为了通过反射操作这些类型， Java新增了ParameterizedType , GenericArrayType、TypeVariable 和WildcardType 几种类型来代表不能被归一到Class类中的类型但是又和原始类型齐名的类型。
（1）ParameterizedType ：表示一种参数化类型,比如Collection
（2）GenericArrayType ：表示一种元素类型是参数化类型或者类型变量的数组类型
（3）TypeVariable ：是各种类型变量的公共父接口
（4）WildcardType ：代表一种通配符类型表达式

9、获取注解信息

9.1 通过反射获得注解

// 通过反射获得注解
Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();

9.2 获得某个注解的value值

// 获得某个注解的value值
Field[] f = Class.class.getDeclaredFields();
String value = f[0].getAnnotation(Alias.class).value();

9.3 获得某个指定的注解

// 获得某个类指定的注解
Alias f = c1.getDeclaredField("id").getAnnotation(Alias.class);