Java，反射机制与反射的应用
关于反射：
有时对象的编译时类型和运行时类型是不一致的。比如在使用多态的场景下，有一个Object类型的数组，其中的元素有着各种不同的类型，而调用相应的元素的方法时，比如调用toString方法时，希望调用的是各个元素相对应的类型的toString方法。如果用instanceof来创建if判断再进行相应的强转再进行调用，当类型太多时，就太繁琐，也易出错。这时便要用到反射机制。
反射机制：
反射（Reflection）是被视为动态语言的关键，反射机制使得程序在运行期间借助于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和方法。
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Class对象包含了完整的类的结构信息。可以通过这个Class对象看到类的结构。
关于Class类的理解：
针对于编写好的.java源文件进行编译（使用javac.exe指令），会生成一个或多个.class字节码文件。接着，我们使用java.exe指令对指定的.class文件进行解释运行。这个解释运行的过程中，我们需要将.class字节码文件加载（使用类的加载器加载到内存中的方法区）到内存中。加载到内存中的结构即为Class的一个实例。也称为运行时类。只要类型和维度一致，就是同一个Class的的实例。
Class看作是反射的源头。
获取Class实例的方式：（若A、B、C、D分别是某个类）
方式①：调用运行时类的静态属性 class
Class classA = A.class;
方式②：调用运行时类的对象的getClass( )方法
（若bb是B类的实例）
Class classB = bb.getClass( );
方式③：调用Class的静态方法forName(String className)
Class classC = Class.forName(C的全类名); （全类名是指定了位于哪个包下的信息的类名）
方式④：使用类的加载器的方式
Class classD = ClassLoader.getSystemClassLoader( ).loadClass(D的全类名);
类的加载过程：
过程①：类的装载（Loading）
将类的class文件读入内存，并为其创建一个java.lang.Class对象，此过程具体有由类的加载器完成。
过程②：链接（Linking）
验证（Verify）：确保加载的类的信息符合jvm规范。比如，以cafebabe开头，无安全方面问题。
准备（Prepare）：正式为类变量（静态变量）分配内存并设置类变量默认初始化值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。
解析（Resolve）：虚拟机中常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。
过程③：初始化（Initialization）
-
执行类构造器
( )方法的过程。
类构造器
-
当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
类的加载器（以jdk8）为例：
作用：负责类的加载，并对应于一个Class的实例。
分类（分为两种）：
①BootstrapClassLoader：引导类加载器、启动类加载器。
使用c/c++的代码写的，不能通过Java代码获取其实例。
负责加载Java的核心库。
②继承于ClassLoader的类加载器：
ExtensionClassLoader：扩展类加载器。
SystemClassLoader/ApplicationClassLoader：系统类加载器、应用程序类加载器。（自定义的类默认使用的类的加载器）
用户自定义类的加载器：实现应用的隔离（使得同一个类在一个应用程序中可以加载多份），数据的加密。
关于反射的应用：
应用①：创建运行时类的对象
创建运行时类的对象的操作：
通过Class的实例调用newInstance( )方法即可
创建运行时类的要求：
①运行时类中必须提供一个空参构造器。
②要求符合提供的空参的构造器的权限
JavaBean中要求类中要有一个空参构造器。一是因为子类对象在实例化时，子类的构造器默认调用父类的空参构造器，防止调用出错（也可以指明调用父类的有参构造器）。二是在反射中，创建运行时类的对象时，各个运行时类都提供一个空参构造器，便于编写通用的创建运行时类的代码。
newInstance( )在jdk9中标识为过时的，替换为通过Constructor类调用newInstance(可变形参)。
应用②：获取运行时类的内部结构
获取的结构：所有的属性、方法、构造器。父类、接口，包、带泛型的父类、父类的泛型 等。
注：获取父类的泛型的方式的代码为：
Class c1 = Class.forName("反射.类的加载器.Person");
//获取带泛型的父类（Type是一个接口，Class类实现了此接口）
Type superclass = c1.getGenericSuperclass();
//如果父类是带泛型的，则可以强转为ParameterizedType类型的
ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) superclass;
//调用getActualTypeArguments()获取泛型参数，结果是一个数组，因为可能有多个泛型参数。
Type[] arguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();
//获取泛型参数的名称
for (int i = 0; i < arguments.length; i++)
{
System.out.println(((Class)arguments[i]).getName());
}应用③：调用指定的属性、方法、构造器
一、调用属性
调用指定属性的步骤：
-
调用public的属性（非静态）：
① 通过类的Class的实例（即运行时类）调用getField(String name)方法，传入要调用的属性名。返回值即为运行时类的属性的Field实例。
② 获取属性：再用Field实例调用其公有的属性的get(Object obj)方法，参数传入相应类的实例对象，返回值即为指定的属性。/操作属性：调用Field实例的set(Object obj,Object value)，参数一传入要修改的此类的对象，参数二传入要对此属性修改的内容value，即可将对象的相应属性修改为value的值。
-
调用其他的不符合其访问权限的属性（非静态）：
① 通过类的Class的实例（即运行时类）调用getDeclaredField(String name)方法，传入要调用的属性名，返回值即为其运行时类的属性的Field实例（只要在相应类中声明过的属性都可以获取）。
② 用Field实例调用其setAccessiable(boolean flag)方法，传入true，即可以表示在权限外访问此属性。如果不调用其setAccessiable(boolean flag)方法，则默认为传入false，即不允许在权限外调用此属性。
③ 获取属性：再用Field实例调用其公有的属性的get(Object obj)方法，参数传入相应类的实例对象，返回值即为指定的属性。/操作属性：调用Field实例的set(Object obj,Object value)，参数一传入要修改的相应类的实例对象，参数二传入要对此属性修改的内容value，即可将对象的相应属性修改为value的值。
操作代码的例子如下（此处异常已抛出到方法声明处，需处理异常）：
注：Person类的age属性是用public权限修饰，String属性是用private权限修饰。
//创建类Person的Class实例
Class cc = Person.class;
//通过运行时类调用newInstance()方法创建对象
Person pp = (Person) cc.newInstance();
//获取运行时类的名为age的属性的Field实例
Field ageField = cc.getField("age");
System.out.println(ageField.get(pp));
//将pp的age属性赋值为2
ageField.set(pp,2);
System.out.println(ageField.get(pp));
System.out.println();
//获取运行时类的名为name的属性的Field实例
Field nameField = cc.getDeclaredField("name");
//表明可以在权限外访问name属性
nameField.setAccessible(true);
//将pp对象的name属性赋值为Tom
nameField.set(pp,"Tom");
System.out.println(nameField.get(pp));
-
调用静态的属性
（以private权限修饰的静态属性为例）
① 通过类的Class的实例（即运行时类）调用getDeclaredField(String name)方法，传入要调用的属性名，返回值即为其运行时类的属性的Field实例（只要在相应类中声明过的属性都可以获取）。
② 用Field实例调用其setAccessiable(boolean flag)方法，传入true，即可以表示在权限外访问此属性。如果不调用其setAccessiable(boolean flag)方法，则默认为传入false，即不允许在权限外调用此属性。（①和②步骤与前面的调用其他的不符合其访问权限的属性（非静态）的步骤一致）
③ 获取属性：再调用Field实例的get(Object obj)方法，参数传入相应类的Class的实例，返回值即为指定的属性。/操作属性：调用Field实例的set(Object obj,Object value)，参数一传入要修改的相应类的Class实例，参数二传入要对此属性修改的内容value，即可将此类的相应属性修改为value的值。
注：与调用其他的不符合其访问权限的属性（非静态）的步骤不同的是，由于静态属性（类变量）与类有关，并非与类的对象有关，所以调用时的获取和操作时的get和set方法中传入的参数应该为类的Class实例（运行时类），并非类的对象。
操作代码的例子如下（此处异常已抛出到方法声明处，需处理异常）：
注：Person的静态属性info的声明为：private static String info；
//创建类Person的Class实例
Class cc = Person.class;
//获取info的属性的Field的实例
Field infoField = cc.getDeclaredField("info");
//表明可以在权限外访问info属性
infoField.setAccessible(true);
//在set和get方法中的参数是Person.class或cc
System.out.println(infoField.get(cc));
infoField.set(cc,"world");
System.out.println(infoField.get(cc));二、调用方法
调用指定方法的步骤：
-
调用public的方法（非静态）：
① 通过类的Class的实例（即运行时类）调用getMethod(String name，Class ... parameterType)方法，先传入要调用的类的方法名，再传入该方法的参数的参数类型的Class实例（如：int.class,String.class）。获取运行时类的公有（public）的方法的Method实例。
② 调用方法：调用Method实例的invoke(Object obj,Object ... args)方法，先传入要调用方法的对象，再传入要调用的方法的实参参数值。invoke方法的返回值即为目标方法的返回值。
-
调用其他的不符合其访问权限的方法（非静态）：
① 通过类的Class的实例（即运行时类）调用getDeclaredMethod(String name，Class ... parameterType)方法，先传入要调用的类的方法名，再传入该方法的参数的参数类型的Class实例（如：int.class,String.class）。获取运行时类的方法的Method实例。
② 用Method实例调用其setAccessiable(boolean flag)方法，传入true，即可以表示在权限外访问此方法。如果不调用其setAccessiable(boolean flag)方法，则默认为传入false，即不允许在权限外调用此方法。
③ 调用方法：调用Method实例的的invoke(Object obj,Object ... args)方法，先传入要调用方法的对象，再传入要调用的方法的实参参数值。invoke方法的返回值即为Method实例对应的方法的返回值。如果Method实例对应的方法的返回值为void，则invoke方法的返回值为null。
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调用静态的方法：
（以private权限修饰的静态方法为例）
与调用其他的不符合其访问权限的方法（非静态）不同的是，在③步骤中，调用Method实例的的invoke(Object obj,Object ... args)方法，先传入的是要调用方法的类的Class实例，再传入要调用的方法的实参参数值。
反射调用方法的操作代码的例子如下（此处异常已抛出到方法声明处，需处理异常）：
//创建类Person的Class实例
Class cc = Person.class;
//通过运行时类调用newInstance()方法创建对象
Person pp = (Person) cc.newInstance();
//获取运行时类的名为age的属性的Field实例
Field ageField = cc.getField("age");
System.out.println(ageField.get(pp));
//将pp的age属性赋值为2
ageField.set(pp,2);
System.out.println(ageField.get(pp));
System.out.println();
//获取运行时类的名为name的属性的Field实例
Field nameField = cc.getDeclaredField("name");
//表明可以在权限外访问name属性
nameField.setAccessible(true);
//将pp对象的name属性赋值为Tom
nameField.set(pp,"Tom");
System.out.println(nameField.get(pp));三、调用构造器
（以private权限修饰的构造器为例）
① 通过类的Class的实例（即运行时类）调用getDeclaredConstructor(Class ... parameterType)方法，传入该构造器的参数的参数类型的Class实例（如：int.class,String.class）。获取运行时类的构造器的Constructor实例。
② 用Constructor实例调用其setAccessiable(boolean flag)方法，传入true，即可以表示在权限外访问此构造器。如果不调用其setAccessiable(boolean flag)方法，则默认为传入false，即不允许在权限外调用此构造器。
③调用Constructor实例的newInstance(Object ... initargs)方法，参数传入构造器中的参数的实参参数值，返回值即为此类的对象（Object类型）。
注：可以用Constructor实例调用newInstance的方式创建对象来替换原来的用Class实例调用newInstance的方式。
调用构造器操作代码如下：
//创建Person的Class实例
Class cc = Person.class;
//调用getDeclaredConstructor的方法获取相应构造器的Constructor实例
Constructor ccDeclaredConstructor = cc.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
//表明可以在权限外使用此构造器
ccDeclaredConstructor.setAccessible(true);
//调用Constructor实例的newInstance方法创建对象。
Person pp = (Person) ccDeclaredConstructor.newInstance(19, "liergou");
System.out.println(pp);应用④：获取指定的注解
获取类声明上的注解：
用类的Class实例调用getDeclaredAnnotation(Class annotation)方法，参数传入注解的Class实例，返回值即为相应的注解（Annotation类型的，要进行具体操作，需要强转为具体的注解类型）。
获取属性声明上的注解：
先调用getDeclaredField方法获取类的属性的Field实例，调用getDeclaredAnnotation(Class annotation)方法，参数传入注解的Class实例，返回值即为相应的注解（Annotation类型的，要进行具体操作，需要强转为具体的注解类型）。
获取方法和构造器上的注解同理。
反射的优缺点：
反射的优点是提高了程序的灵活性和拓展性，降低了耦合性，提高自适应能力，允许程序创建和控制任何类的对象，无需提前硬编码目标类。
反射的缺点是放射的性能较低，会模糊程序内部逻辑结构，可读性较差。反射机制主要应用在对灵活性和拓展性要求很高的系统框架上。