Java 的反射机制

本部分主要介绍：Java 的反射机制的原理及使用

先知知识点

1. Java 的 接口 （interface）

   • 对外提供规则的，表现形式是实现接口，必须实现接口中的抽象方法

2. Java 的 字节码文件 （.class）

   • Java 的 源文件（.java）通过编译得到字节码文件（.class）

   • Java 的虚拟机（JVM）运行的就是字节码文件，固又称 "运行文件"

3. Java 的 类加载过程

   • 类加载过程

4. Java 的 Class 类

   • 此类是对 运行文件（.class） 的描述类

5. 应用程序配置文件

   • 存储着程序中依据环境变化的 变量

   • 通过 IO 流与程序进行通信

6. 反射机制，将 Java 的 "一切皆对象" 演绎得淋淋尽致

反射机制介绍

1. 概念

   • Java的反射（reflection）机制是指在程序的运行状态中，可以构造任意一个类的对象，可以了解任意一个对象所属的类，可以了解任意一个类的成员变量和方法，可以调用任意一个对象的属性和方法。这种动态获取程序信息以及动态调用对象的功能称为Java语言的反射机制。反射被视为动态语言的关键

     百度百科

2. 应用场景

   • 程序如图

     应用场景.jpg

   • 如何扩展应用程序

     1. 实现应用程序对外的接口

     2. 如何可以在 "正在运行的程序" 获取实现接口的类（ .class 文件），并对其调用呢？

     3. 应用程序都有配置文件，可将实现接口的类名称写入配置文件

     4. 应用程序实现反射机制，可调用实现接口类

3. 实例

   • Tomcat 服务程序

     1. 提供了处理请求和应答的一般方式

     2. 而具体的如何处理请求和应答，需要根据实际生产环境决定

     3. 解决方法

        • 对外提供接口（serlet 接口）

        • Tomcat 服务具有配置文件（web.xml 配置文件）

     4. 如何将实现接口的类，应用到 Tomcat 服务中呢？

        • Tomcat 的反射机制 + 配置文件 + 接口 = Tomcat 动态获取实现类的信息

反射 "如何反射" ？

1. 问题描述

   • 如何反射？如何获取运行文件（.class 文件）中的属性和方法？如何进行获取和赋值、如何进行调用呢？

2. .class 文件

   • Demo.java 是 Java 的源文件。便于人理解

   • Demo.java + 编译器 = Demo.class

   • Demo.class 是 JVM 运行文件（二进制文件），称之为 Java 的运行文件

   • .class 文件包含的内容

     1. 属性

     2. 构造器

     3. 方法

     4. 等等

3. Java 一切皆对象

   • Java 对运行文件（.class 文件）也有描述类，此类为 Class 类 。就好比对学生、教师进行抽象一个 Person 类的作用相同

   • Class 类中定义了运行文件（.class）中通用的东西

     1. 定义描述 .class 文件的 属性

     2. 定义描述 .class 文件的 构造函数

     3. 定义描述 .class 文件的 方法

     4. 定义描述 .class 文件的 类名（包名）等……

   • Class 类中也定义了如何获取这些东西的方法

     1. 获取 .class 文件中的属性，如同 Person 的 get 方法

4. 获取类文件（.class）的 Class 对象的 4 中方法

   • Object 类中的 getClass() 方法，可以获取 Class 对象（对象的运行时类型）

     1. 要明确类（.class 文件） ，为类创建对象才可调用 getClass() 方法，需要使用到此类的 构造函数

   • 任何数据类型都具备静态属性 .class 可以获取 Class 对象

     1. 无需使用此类的构造函数，使用静态属性

   • 通过给定的类（.class）字符串名称，就可以获取 Class 对象。Class 类中的静态forName(String className)

     1. Class clazz = Class.forName(className)

     2. 参数 calssName 需要自定包名

   • 通过类加载器对象的方法的获取 Class 对象（通常用在自定义类加载器对象去加载指定路径下的类）

     1. 获取类加载器

        Class clazzA = A.class;
        ClassLoader loader = clazz.getClassLoader();
        

     2. 在获取某一特定的 Class类的对象

        Class clazzB = loader.loadClass("类全名");
        

     3. 注意类加载器有 4 个层次，使用较高层次的类加载器去加载类（通过类名）会报异常 NullPointerException ，具体原因不太清除

        Class c1 = int.class;
        ClassLoader loader = c1.getClassLoader(); // 类加载器层次较高
        Class c2 = loader.loadClass("java.lang.String"); // 报异常
        

5. 刨析 .class 对应的类

   • ReflectDemo.Person person = new ReflectDemo.Person(); // ReflectDemo 为包名

     1. new 时，先根据类的名称，寻找类的字节码文件，并加载进内存

     2. 再根据字节码文件创建 Class 对象

     3. 最后创建字节码文件对应的 Person 类，创建 person 对象

   • Class clazz = Class.forName(ReflectDemo.Person);

     1. 先寻找对应的字节码文件（.class），并加载进内存

     2. 再依据字节码文件创建 Class 对象

     3. 并不会创建字节码文件对应的类对象

   • 如何根据 Class 对象 clazz 创建 Person 类对应的 person 对象呢？

     1. Class 类中的 newInstance() 方法，可以获取 person 对象。这里注意区分一下：编译时类型；运行时类型，使用 newInstance() 获取的对象编译类型为 Object，运行类型为 Person 类型

        • 代码

          Class clazz = Class.forName("Day1.src.ReflectDemo.People");
          
          Object obj = clazz.newInstance(); // 使用 Object 类型接受
          System.out.println(obj.getClass()); // Class 对应的类为 People 类
          

     2. newInstance() 方法，实际是调用 Person 类的空参构造函数

        • 没有空参构造器，则会报 InstantationException 异常

        • 空参构造器私有化，则会报 IlleagalAcessException 异常

     3. 构造方法有参数，怎么创建 Person 对象呢？

        • newInstance() 方法不行！！！

        • 但是可以使用 Class 类中方法获取 Person 的字节码文件（ .class）中的属性、方法、构造器啊！！！

   • 使用 Class 类中的方法来获取 Person 构造器，创建 person 对象

     说明：Java 的 java.lang.reflect 包，包含 Constructor、Field、Method 类

     1. 获取构造函数方法

        • getConstructors() ，获取所有公共的构造函数，返回 Constructor （构造器对象）对象数组

        • getDeclareConstructors() ，获取所有构造函数（各种权限的），返回 Constructor 对象数组

        • getConstructor() ，获取公共的构造函数，返回 Constructor 对象

        • getDeclareConstructor() ，获取构造函数（各种权限的），返回 Constructor 对象

     2. 获取指定构造函数

        • Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class, int.class);

        • Object obj = constructor.newInstace(className, age); ，返回 Object 对象

   • 使用 Class 类获取属性

     1. 获取属性的方法

        • getField() ，获取共有属性，返回 Feild 对象

        • getDeclareField() ，获取任何权限的属性，返回 Field 对象

     2. 使用 Field 对象，设置、获取属性值

        • field.get(Object) ，需要明确属性的具体对象

        • 私有属性当然是不可访问的，报 IllegalAccessException 异常。这里还是遵循 Java 的基本权限语法的

     3. 如何获取私有属性

        • Constructor构造器类、Field属性类、Method方法类 的父类 AccessibleObject

        • 它提供了将反射的对象标记为在使用时取消默认 Java 语言访问控制检查的能力。

        • 对于公共成员、默认（打包）访问成员、受保护成员和私有成员，在分别使用 Field、Method 或 Constructor 对象来设置或获取字段、调用方法，或者创建和初始化类的新实例的时候，会执行访问查。

        • 暴力访问 AccessileObject 的 setAccessible(boolean flag) 方法 ，true 为取消权限，再进行访问

          Field field = clazz.getDeclareField("name");
          field.setAccessible(true);
          String name = field.get(Object);
          

     4. 使用 Class 类获取方法

        • 获取方法的方法

          1. getMethod() ，获取共有方法，返回 Method 对象

          2. getDeclareMethod() ，获取任何权限的方法，返回 Method 对象

        • 使用 Method 对象，获取方法，并执行

          1. Method method = clazz.getMethod(方法名, 方法参数) ，方法没有参数方法参数位置为 null ，有参数 String.class

          2. 运行方法 method.invoke(对象，方法参数) 。静态方法不需要对象，对象位置为 null 表示调用静态方法。

        • 私有方法，可使用 暴力访问

     5. 使用 Class 类获取注解信息

        • 使用 Class、Method、Constructor、Field 的 getAnnotation(Class annotationClass) 方法，分别获取对应的注释对象（存在向下转型）
        • 有待补充……

     6. 使用 Class 类获取泛型类的实参类型

        • Type 接口以及子类的的认识

        • 有待补充……

     7. 代码块问题

        • 这里需要理解类的初始化过程，以及 .class 字节码文件格式。在字节码文件中，没有所谓的代码块，所以无法获取代码块的相关信息。

        • 静态代码块会在 clinit 方法中

        • 非静态代码块会在 init 方法中

     8. 使用 Class 类获取其它内容

        • 包名（Package 类）

        • 类名

        • 直接父类

        • 接口数组（实现的接口不止一个）

        • 类的修饰符（Modifier 类，表示程序元素（如类、方法或字段）上的修饰符）。实现方法很有意思。

          Class clazz = A.class; // 获取 Class 对象
          int classMod = zz.getModifier();  // 返回整数
          System.out.println(Modifier.toString(classMod)); // 打印返回字符串，此处有按位与运算