Java反射的使用以及原理深入

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。
在日常的第三方应用开发过程中，经常会遇到某个类的某个成员变量、方法或是属性是私有的或是只对系统应用开放，这时候就可以利用Java的反射机制通过反射来获取所需的私有成员或是方法。当然，也不是所有的都适合反射，之前就遇到一个案例，通过反射得到的结果与预期不符。阅读源码发现，经过层层调用后在最终返回结果的地方对应用的权限进行了校验，对于没有权限的应用返回值是没有意义的缺省值，否则返回实际值起到保护用户的隐私目的。

一、反射机制相关类以及使用

类名	用途
Class类	代表类的实体，在运行的Java应用程序中表示类和接口
Field类	代表类的成员变量（成员变量也称为类的属性）
Method类	代表类的方法
Constructor类	代表类的构造方法

Class类

Class代表类的实体，在运行的Java应用程序中表示类和接口。在这个类中提供了很多有用的方法，这里对他们简单的分类介绍。

• 获得类相关的方法

方法	用途
asSubclass(Class clazz)	把传递的类的对象转换成代表其子类的对象
cast	把对象转换成代表类或是接口的对象
getClassLoader()	获得类的加载器
getClasses()	返回一个数组，数组中包含该类中所有公共类和接口类的对象
getDeclaredClasses()	返回一个数组，数组中包含该类中所有类和接口类的对象
forName(String className)	根据类名返回类的对象
getName()	获得类的完整路径名字
newInstance()	创建类的实例
getPackage()	获得类的包
getSimpleName()	获得类的名字
getSuperclass()	获得当前类继承的父类的名字
getInterfaces()	获得当前类实现的类或是接口

• 获得类中属性相关的方法

方法	用途
getField(String name)	获得某个公有的属性对象
getFields()	获得所有公有的属性对象
getDeclaredField(String name)	获得某个属性对象
getDeclaredFields()	获得所有属性对象

• 获得类中注解相关的方法

方法	用途
getAnnotation(Class annotationClass)	返回该类中与参数类型匹配的公有注解对象
getAnnotations()	返回该类所有的公有注解对象
getDeclaredAnnotation(Class annotationClass)	返回该类中与参数类型匹配的所有注解对象
getDeclaredAnnotations()	返回该类所有的注解对象

• 获得类中构造器相关的方法

方法	用途
getConstructor(Class... parameterTypes)	获得该类中与参数类型匹配的公有构造方法
getConstructors()	获得该类的所有公有构造方法
getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes)	获得该类中与参数类型匹配的构造方法
getDeclaredConstructors()	获得该类所有构造方法

• 获得类中方法相关的方法

方法	用途
getMethod(String name, Class... parameterTypes)	获得该类某个公有的方法
getMethods()	获得该类所有公有的方法
getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes)	获得该类某个方法
getDeclaredMethods()	获得该类所有方法

• 类中其他重要的方法

方法	用途
isAnnotation()	如果是注解类型则返回true
isAnnotationPresent(Class annotationClass)	如果是指定类型注解类型则返回true
isAnonymousClass()	如果是匿名类则返回true
isArray()	如果是一个数组类则返回true
isEnum()	如果是枚举类则返回true
isInstance(Object obj)	如果obj是该类的实例则返回true
isInterface()	如果是接口类则返回true
isLocalClass()	如果是局部类则返回true
isMemberClass()	如果是内部类则返回true

在阅读Class类文档时发现一个特点，以通过反射获得Method对象为例，一般会提供四种方法，getMethod(parameterTypes)、getMethods()、getDeclaredMethod(parameterTypes)和getDeclaredMethods()。getMethod(parameterTypes)用来获取某个公有的方法的对象，getMethods()获得该类所有公有的方法，getDeclaredMethod(parameterTypes)获得该类某个方法，getDeclaredMethods()获得该类所有方法。带有Declared修饰的方法可以反射到私有的方法，没有Declared修饰的只能用来反射公有的方法。其他的Annotation、Field、Constructor也是如此。

Field类

Field代表类的成员变量（成员变量也称为类的属性）

方法	用途
equals(Object obj)	属性与obj相等则返回true
get(Object obj)	获得obj中对应的属性值
set(Object obj, Object value)	设置obj中对应属性值
setAccessible(boolean flag)	设置访问权限，如果成员变量为私有必须在使用之前调用

Method类

方法	用途
invoke(Object obj, Object... args)	传递object对象及参数调用该对象对应的方法
setAccessible(boolean flag)	设置访问权限，如果方法为私有必须在使用前调用

Constructor类

方法	用途
newInstance(Object... initargs)	根据传递的参数创建类的对象
setAccessible(boolean flag)	设置访问权限，如果构造函数为私有必须在使用前调用

二、反射原理深入

首先我们来看Class的forName()方法的源码：

    @CallerSensitive
    public static Class forName(String className)
                throws ClassNotFoundException {
        return forName(className, true, VMStack.getCallingClassLoader());
    }

    @CallerSensitive
    public static Class forName(String name, boolean initialize,
                                   ClassLoader loader)
        throws ClassNotFoundException
    {
        if (loader == null) {
            loader = BootClassLoader.getInstance();
        }
        Class result;
        try {
            result = classForName(name, initialize, loader);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            Throwable cause = e.getCause();
            if (cause instanceof LinkageError) {
                throw (LinkageError) cause;
            }
            throw e;
        }
        return result;
    }

    /** Called after security checks have been made. */
    @FastNative
    static native Class classForName(String className, boolean shouldInitialize,
            ClassLoader classLoader) throws ClassNotFoundException;

可以看到最后调用了native方法classForName，传入了类名和ClassLoader ，所以看到这边基本可以确定反射最后调用的其实也是ClassLoader 的类加载方法。通过类名找到相应的字节码文件，然后加载到JVM内存中以供开发者使用。

关于Java的类加载机制可以参考我写的这篇文章：《深入理解Java虚拟机》-- 类加载机制