从Class源码看反射

日常敲码中，如果想要在程序运行阶段访问某个类的所有信息，并支持修改类的状态或者行为的话，肯定会用到反射，而反射靠的就是Class类。Java的动态代理也用到了这个东西，所以了解其基本操作在苦逼的CRUD中会添加一丝丝乐趣（有点意思）。

首先来看看Class的操作有哪些？

public final class Class<T> {}

上述代码可知，Class是一个由final修饰的泛型类，所以并不能直接通过new Class()获取其实例。那么应该如何获取呢？

//直接通过类的静态变量来获取
Class<Integer> intClass = Integer.class;

//通过实例变量的getClass方法
Integer integer = new Integer(0);
Class<? extends Integer> aClass = integer.getClass();

//通过Class.forName("类的全限定名")
Class<?> aClass1 = Class.forName("java.lang.Integer");

上述三种就是获取某个Class的class实例的方式，需要注意的是，JVM只会加载一个Class实例，也就是说上述三种方式获取到的class实例都是一样的。

 

而在运用反射的时候，Class.forName是最常用的一种方式。而Class.forName底层会指向forName0这个本地方法

（1）name：类的全限定名

（2）initialize：是否初始化这个类

（3）loader：类加载器

（4）caller：调用Class.forName所在类的Class，比如A类代码块里有Class.forName，那么caller就是A的class实例。

 

通过Class类可以获取类的实例，构造方法，字段，成员方法，接口等信息。获取之后可以通过API进行相应的操作。

接下来看一下获取到class实例之后怎么获取当前类的实例以及构造方法。

 

上述两种方式都是调用默认的无参构造进行实例化对象，那么怎么通过公共或私有的有参构造获取实例呢？

//属性
int a;
String b ;
//公共有参构造
public ClassSource(int a) {
    this.a = a;
}
//私有有参构造
private ClassSource(String b) {
    this.b = b;
}
public static void main(String[] args){
    Class<?> aClass = Class.forName("com.liusy.lang.ClassSource");
    //获取public有参构造
    Constructor<?> constructor = aClass.getConstructor(int.class);
    ClassSource o1 = (ClassSource) constructor.newInstance(2);
    System.out.println("属性【a】的值为："+ o1.a);
    //获取private有参构造
    Constructor<?> constructor1 = aClass.getDeclaredConstructor(String.class);
    //这个有猫腻
    constructor1.setAccessible(true);
    ClassSource o2 = (ClassSource) constructor1.newInstance("abc");
    System.out.println("属性【b】的值为："+ o2.b);
}

上述代码运行的结果如下：

 

而获取私有构造函数最重要的是要setAccessible(true)这个方法，点进去看一下，这个方法最后是给override字段赋值的，可用于类的字段、方法以及构造函数。

public void setAccessible(boolean flag) throws SecurityException {
      //这个“安全管理器”，允许应用程序在进行某些不安全或敏感操作
      //之前执行安全策略，如果不允许执行，则通过抛异常阻止操作。 
      SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
      if (sm != null) sm.checkPermission(ACCESS_PERMISSION);
      setAccessible0(this, flag);
}
  
private static void setAccessible0(AccessibleObject obj,
                                   boolean flag){
      if (obj instanceof Constructor && flag == true) {
          Constructor<?> c = (Constructor<?>)obj;
          if (c.getDeclaringClass() == Class.class) {
              //如果是Class.class，则抛异常
          }
      }
      //最终是设置此属性
      obj.override = flag;
}    

//访问级别是否可以被覆盖，可用于字段，方法，构造函数 
boolean override;

需要注意的是，在代码中用反射操作当前类私有字段、私有方法或其他私有属性时，并不需要setAccessible(true)，例如在A类中用反射操作A类的私有属性。只有在A类中操作其他类的私有属性才需要设置setAccessible(true)。

不管是Class.newInstance还是Constructor.newInstance，底层调用的都是ConstructorAccessor（构造函数访问器）接口的newInstance方法。

（1）Class.newInstance

//标识所有公共属性
public static final int PUBLIC = 0;
//标识所有私有属性
public static final int DECLARED = 1;

public T newInstance(){
    //省略部分代码 
    // 检查有没有存在已加载过的构造器
    if (cachedConstructor == null) {
        //省略部分代码 
        try {
            Class<?>[] empty = {};
                //获取默认私有无参构造
            final Constructor<T> c = getConstructor0(empty, Member.DECLARED);
                //省略部分代码 
            cachedConstructor = c;
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw (InstantiationException)
                new InstantiationException(getName()).initCause(e);
        }
    }
    Constructor<T> tmpConstructor = cachedConstructor;
    //省略部分代码 
    try {
            //调用无参构造的newInstance方法
        return tmpConstructor.newInstance((Object[])null);
    } catch (InvocationTargetException e) {
        //省略部分代码 
        return null;
    }
}
 
 private Constructor<T> getConstructor0(Class<?>[] parameterTypes,
                                        int which) 
{
    //获取构造函数，重点看这个方法，参数是false
    Constructor<T>[] constructors = privateGetDeclaredConstructors((which == Member.PUBLIC));
    //省略匹配构造函数参数的代码    
}

private Constructor<T>[] privateGetDeclaredConstructors(boolean publicOnly) {
    //检查是否已被初始化，如果否，则进行安全检查
    checkInitted();
    Constructor<T>[] res;
    //反射的数据
    ReflectionData<T> rd = reflectionData();
    if (rd != null) {
        res = publicOnly ? rd.publicConstructors : rd.declaredConstructors;
        if (res != null) return res;
    }
    // 检查是否是接口 
    if (isInterface()) {
        //代码省略
    } else {
       //底层调用的是本地方法 
        res = getDeclaredConstructors0(publicOnly);
    }
    if (rd != null) {
        if (publicOnly) {
            rd.publicConstructors = res;
        } else {
            rd.declaredConstructors = res;
        }
    }
    return res;
}

如上，可以看到Class.newInstance底层是调用无参构造的newInstance方法。

（2）Constructor.newInstance

public T newInstance(Object ... initargs){
        //override就是是否可覆盖级别访问
        if (!override) {
            if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
                Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
                checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
            }
        }
        ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
        if (ca == null) {
            ca = acquireConstructorAccessor();
        }
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
        return inst;
    }

public interface ConstructorAccessor {
    Object newInstance(Object[] var1) throws InstantiationException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException;
}

可以看到，Class.newInstance调用的是无参构造的newInstance，而构造函数调用的是ConstructorAccessor接口类的newInstance，所以最终调用的都是ConstructorAccessor接口类的newInstance。

最终调用的是NativeConstructorAccessorImpl的newInstance方法。

 

【注】以下仅演示操作方法，源码不贴，防止篇幅太长。

获取实例以及构造方法之后，来看一下如何访问，修改类字段信息。

  //public属性
public int a;
//private属性
private String b;
public static void main(String[] args) throws Exception {

    Class<?> aClass = Class.forName("com.liusy.lang.ClassSource");
    //获取实例
    Object instance = aClass.newInstance();
    //根据字段名获取公共属性并进行赋值
    Field a = aClass.getField("a");
    a.set(instance,2);
    System.out.println("a的值为："+a.get(instance));
    //根据字段名获取私有属性并进行赋值
    Field b = aClass.getDeclaredField("b");
    b.setAccessible(true);
    b.set(instance,"abc");
    System.out.println("b的值为"+b.get(instance));
}

上述代码运行结果为：

 

接下来瞧一下如何利用class访问类的成员方法：

public static void main(String[] args) throws Exception {

    Class<?> aClass = Class.forName("com.liusy.lang.ClassSource");
    //获取实例
    Object instance = aClass.newInstance();

    //获取公共方法并调用
    Method sayPublicHello = aClass.getMethod("sayPublicHello");
    sayPublicHello.invoke(instance);

    //获取私有方法并调用
    Method sayPrivateHello = aClass.getDeclaredMethod("sayPrivateHello", int.class);
    sayPrivateHello.setAccessible(true);
    sayPrivateHello.invoke(instance,1);
}

public void sayPublicHello(){
    System.out.println("sayPublicHello");
}

private void sayPrivateHello(int param){
    System.out.println("sayPrivateHello,参数："+param);
}

上述代码运行结果为：

 

还可以使用“==”判断数据类型

Class<?> aClass = Class.forName("com.liusy.lang.ClassSource");
System.out.println(aClass == ClassSource.class);

之前遇到过用了很多反射的代码，看起来很恶心。但其实了解过后反而觉得反射是个很强大的东西，包括JDK动态代理，spring AOP，事务底层都是用的反射，研究之后有利于了解更多底层的知识。

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我是Liusy，一个喜欢健身的程序员。

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