Java反射基础知识笔记：反射的定义、class类的本质、class类的动态加载、class类的实例如何访问字段/方法/构造方法/继承关系、动态代理的本质
什么是反射？反射就是Reflection，Java的反射是指程序在运行期可以拿到一个对象的所有信息。
反射是为了解决在运行期，对某个实例一无所知的情况下，如何调用其方法。
一、class类
1、class（包括interface）的本质是数据类型（Type）。无继承关系的数据类型无法赋值。
Number n = new Double(123.456); // OK
String s = new Double(123.456); // compile error!
2、而class是由JVM在执行过程中动态加载的。JVM在第一次读取到一种class类型时，将其加载进内存。
3、每加载一种class，JVM就为其创建一个Class类型的实例，并关联起来。
注意：这里的Class类型是一个名叫Class的class。它长这样：
public final class Class {
private Class() {}
}
以String类为例，当JVM加载String类时，它首先读取String.class文件到内存，然后，为String类创建一个Class实例并关联起来：
Class cls = new Class(String);
这个Class实例是JVM内部创建的，如果我们查看JDK源码，可以发现Class类的构造方法是private，只有JVM能创建Class实例，我们自己的Java程序是无法创建Class实例的。
所以，JVM持有的每个Class实例都指向一个数据类型（class或interface）：
┌───────────────────────────┐
│ Class Instance │──────> String
├───────────────────────────┤
│name = "java.lang.String" │
└───────────────────────────┘
┌───────────────────────────┐
│ Class Instance │──────> Random
├───────────────────────────┤
│name = "java.util.Random" │
└───────────────────────────┘
┌───────────────────────────┐
│ Class Instance │──────> Runnable
├───────────────────────────┤
│name = "java.lang.Runnable"│
└───────────────────────────┘4、一个Class实例包含了该class的所有完整信息：
┌───────────────────────────┐
│ Class Instance │──────> String
├───────────────────────────┤
│name = "java.lang.String" │
├───────────────────────────┤
│package = "java.lang" │
├───────────────────────────┤
│super = "java.lang.Object" │
├───────────────────────────┤
│interface = CharSequence...│
├───────────────────────────┤
│field = value[],hash,... │
├───────────────────────────┤
│method = indexOf()... │
└───────────────────────────┘5、由于JVM为每个加载的class创建了对应的Class实例，并在实例中保存了该class的所有信息，包括类名、包名、父类、实现的接口、所有方法、字段等，因此，如果获取了某个Class实例，我们就可以通过这个Class实例获取到该实例对应的class的所有信息。 —— 这种通过Class实例获取class信息的方法称为反射（Reflection）。
6、如何获取一个class的Class实例？有三个方法
// 方法一：直接通过一个class的静态变量class获取：
Class cls = String.class;
// 方法二：如果我们有一个实例变量，可以通过该实例变量提供的getClass()方法获取：
String s = "Hello";
Class cls = s.getClass();
// 方法三：如果知道一个class的完整类名，可以通过静态方法Class.forName()获取：
Class cls = Class.forName("java.lang.String");
7、因为反射的目的是为了获得某个实例的信息。因此，当我们拿到某个Object实例时，我们可以通过反射获取该Object的class信息：
void printObjectInfo(Object obj) {
Class cls = obj.getClass();
}
8、动态加载：JVM在执行Java程序的时候，并不是一次性把所有用到的class全部加载到内存，而是第一次需要用到class时才加载。
动态加载class的特性对于Java程序非常重要。利用JVM动态加载class的特性，我们才能在运行期根据条件加载不同的实现类。
9、小结：
JVM为每个加载的class及interface创建了对应的Class实例来保存class及interface的所有信息；
获取一个class对应的Class实例后，就可以获取该class的所有信息；
通过Class实例获取class信息的方法称为反射（Reflection）；
JVM总是动态加载class，可以在运行期根据条件来控制加载class。
二、访问字段
1、通过Class实例获取字段信息。Class类提供了以下几个方法来获取字段：
- Field getField(name)：根据字段名获取某个public的field（包括父类）
- Field getDeclaredField(name)：根据字段名获取当前类的某个field（不包括父类）
- Field[] getFields()：获取所有public的field（包括父类）
- Field[] getDeclaredFields()：获取当前类的所有field（不包括父类）
2、Java的反射API提供的Field类封装了字段的所有信息：
通过Class实例的方法可以获取Field实例：getField()，getFields()，getDeclaredField()，getDeclaredFields()；
通过Field实例可以获取字段信息：getName()，getType()，getModifiers()；
通过Field实例可以读取或设置某个对象的字段，如果存在访问限制，要首先调用setAccessible(true)来访问非public字段。
通过反射读写字段是一种非常规方法，它会破坏对象的封装。
三、调用方法
Java的反射API提供的Method对象封装了方法的所有信息：
通过Class实例的方法可以获取Method实例：getMethod()，getMethods()，getDeclaredMethod()，getDeclaredMethods()；
通过Method实例可以获取方法信息：getName()，getReturnType()，getParameterTypes()，getModifiers()；
通过Method实例可以调用某个对象的方法：Object invoke(Object instance, Object... parameters)；对Method实例调用invoke就相当于调用该方法，invoke的第一个参数是对象实例，即在哪个实例上调用该方法，后面的可变参数要与方法参数一致，否则将报错。
通过设置setAccessible(true)来访问非public方法；
通过反射调用方法时，仍然遵循多态原则。
四、调用构造方法
Constructor对象封装了构造方法的所有信息；
通过Class实例的方法可以获取Constructor实例：getConstructor()，getConstructors()，getDeclaredConstructor()，getDeclaredConstructors()；
通过Constructor实例可以创建一个实例对象：newInstance(Object... parameters)； 通过设置setAccessible(true)来访问非public构造方法。
五、获取继承关系
通过Class对象可以获取继承关系：
Class getSuperclass()：获取父类类型；Class[] getInterfaces()：获取当前类实现的所有接口。
通过Class对象的isAssignableFrom()方法可以判断一个向上转型是否可以实现。
六、动态代理
1、我们来比较Java的class和interface的区别：
- 可以实例化
class（非abstract）； - 不能实例化
interface。
所有interface类型的变量总是通过向上转型并指向某个实例的。有没有可能不编写实现类，直接在运行期创建某个interface的实例呢？这是可能的。
因为Java标准库提供了一种动态代理（Dynamic Proxy）的机制：可以在运行期动态创建某个interface的实例。
2、静态代码怎么写：（1）定义接口；（2）编写实现了类；（3）创建实例，转型为接口使用。
3、动态代码怎么写：（1）定义接口；（2）不去编写实现类，而是直接通过JDK提供的一个Proxy.newProxyInstance()创建了一个Hello接口对象。
这种没有实现类但是在运行期动态创建了一个接口对象的方式，我们称为动态代码。
JDK提供的动态创建接口对象的方式，就叫动态代理。
4、Java标准库提供了动态代理功能，允许在运行期动态创建一个接口的实例；动态代理是通过Proxy创建代理对象，然后将接口方法“代理”给InvocationHandler完成的。
5、动态代理实际上是JVM在运行期动态创建class字节码并加载的过程，它并没有什么黑魔法，把上面的动态代理可以改写为静态实现类。
动态代理的本质其实就是JVM帮我们自动编写了一个静态实现类（不需要源码，可以直接生成字节码），并不存在可以直接实例化接口的黑魔法。
