[Java工程实践] 反射
一、什么是反射
链接：https://www.zhihu.com/question/24304289/answer/147529485
来源：知乎
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写答案，可能会有默认知识现象，就是有些知识点，我知道，但你不知道，可以评论！这里我试着简单粗暴地解释一波！
首先我们了解一下JVM，什么是JVM，Java的虚拟机，java之所以能跨平台就是因为这个东西，你可以理解成一个进程，程序，只不过他的作用是用来跑你的代码的。上图是java的内存模型，我们关注的点，一个方法区，一个栈，一个堆，初学的时候老师不深入的话只告诉你java的内存分为堆和栈，易懂点吧！
假如你写了一段代码：Object o=new Object();
运行了起来！
首先JVM会启动，你的代码会编译成一个.class文件，然后被类加载器加载进jvm的内存中，你的类Object加载到方法区中，创建了Object类的class对象到堆中，注意这个不是new出来的对象，而是类的类型对象，每个类只有一个class对象，作为方法区类的数据结构的接口。jvm创建对象前，会先检查类是否加载，寻找类对应的class对象，若加载好，则为你的对象分配内存，初始化也就是代码:new Object()。
上面的流程就是你自己写好的代码扔给jvm去跑，跑完就over了，jvm关闭，你的程序也停止了。
为什么要讲这个呢？因为要理解反射必须知道它在什么场景下使用。
题主想想上面的程序对象是自己new的，程序相当于写死了给jvm去跑。假如一个服务器上突然遇到某个请求哦要用到某个类，哎呀但没加载进jvm，是不是要停下来自己写段代码，new一下，哦启动一下服务器，（脑残）！
反射是什么呢？当我们的程序在运行时，需要动态的加载一些类这些类可能之前用不到所以不用加载到jvm，而是在运行时根据需要才加载，这样的好处对于服务器来说不言而喻，举个例子我们的项目底层有时是用mysql，有时用oracle，需要动态地根据实际情况加载驱动类，这个时候反射就有用了，假设 com.java.dbtest.myqlConnection，com.java.dbtest.oracleConnection这两个类我们要用，这时候我们的程序就写得比较动态化，通过Class tc = Class.forName("com.java.dbtest.TestConnection");通过类的全类名让jvm在服务器中找到并加载这个类，而如果是oracle则传入的参数就变成另一个了。这时候就可以看到反射的好处了，这个动态性就体现出java的特性了！举多个例子，大家如果接触过spring，会发现当你配置各种各样的bean时，是以配置文件的形式配置的，你需要用到哪些bean就配哪些，spring容器就会根据你的需求去动态加载，你的程序就能健壮地运行。
二、反射原理
由于反射本身确实抽象（说是Java中最抽象的概念也不为过），所以我当初写作时也用了大量的比喻。但是比喻有时会让答案偏离得更远。前阵子看了些讲设计模式的文章，把比喻都用坏了。有时理解比喻，竟然要比理解设计模式本身还费劲...那就南辕北辙了。所以，这一次，能不用比喻就尽量不用，争取用最实在的代码去解释。
主要内容：
- JVM是如何构建一个实例的
- .class文件
- 类加载器
- Class类
- 反射API
JVM是如何构建一个实例的
下文我会使用的名词及其对应关系
- 内存：即JVM内存，栈、堆、方法区啥的都是JVM内存，只是人为划分
- .class文件：就是所谓的字节码文件，这里称.class文件，直观些
假设main方法中有以下代码：
Person p = new Person();很多初学者会以为整个创建对象的过程是下面这样的
javac Person.java
java Person
不能说错，但是粗糙了一点。
稍微细致一点的过程可以是下面这样的
通过new创建实例和反射创建实例，都绕不开Class对象。
.class文件
有人用编辑器打开.class文件看过吗？
比如我现在写一个类
用vim命令打开.class文件，以16进制显示就是下面这副鬼样子：
在计算机中，任何东西底层保存的形式都是0101代码。
.java源码是给人类读的，而.class字节码是给计算机读的。根据不同的解读规则，可以产生不同的意思。就好比“这周日你有空吗”，合适的断句很重要。
同样的，JVM对.class文件也有一套自己的读取规则，不需要我们操心。总之，0101代码在它眼里的样子，和我们眼中的英文源码是一样的。
类加载器
在上一小节中，我们了解到.class文件是由类加载器加载的。关于类加载器，如果掰开讲，是有很多门道的，可以看看
写的好怕怕的类加载器。但是核心方法只有loadClass()，告诉它需要加载的类名，它会帮你加载：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 首先，检查是否已经加载该类
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
// 如果尚未加载，则遵循父优先的等级加载机制（所谓双亲委派机制）
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// 模板方法模式：如果还是没有加载成功，调用findClass()
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
// 子类应该重写该方法
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}加载.class文件大致可以分为3个步骤：
- 检查是否已经加载，有就直接返回，避免重复加载
- 当前缓存中确实没有该类，那么遵循父优先加载机制，加载.class文件
- 上面两步都失败了，调用findClass()方法加载
需要注意的是，ClassLoader类本身是抽象类，而抽象类是无法通过new创建对象的。所以它的findClass()方法写的很随意，直接抛了异常，反正你无法通过ClassLoader对象调用。也就是说，父类ClassLoader中的findClass()方法根本不会去加载.class文件。
正确的做法是，子类重写覆盖findClass()，在里面写自定义的加载逻辑。比如：
@Override
public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
/*自己另外写一个getClassData()
通过IO流从指定位置读取xxx.class文件得到字节数组*/
byte[] datas = getClassData(name);
if(datas == null) {
throw new ClassNotFoundException("类没有找到：" + name);
}
//调用类加载器本身的defineClass()方法，由字节码得到Class对象
return defineClass(name, datas, 0, datas.length);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException("类找不到：" + name);
}
}defineClass()是ClassLoader定义的方法，目的是根据.class文件的字节数组byte[] b造出一个对应的Class对象。我们无法得知具体是如何实现的，因为最终它会调用一个native方法：
反正，目前我们关于类加载只需知道以下信息：
Class类
现在，.class文件已经被类加载器加载到内存中，并且JVM根据其字节数组创建了对应的Class对象。
接下来，我们来研究一下Class对象，我们将在这一小节一步步分析Class类的结构。
但是，在看源码之前，我想问问聪明的各位，如果你是JDK源码设计者，你会如何设计Class类？
假设现在有个BaseDto类
上面类至少包括以下信息（按顺序）：
- 权限修饰符
- 类名
- 参数化类型（泛型信息）
- 接口
- 注解
- 字段（重点）
- 构造器（重点）
- 方法（重点）
最终这些信息在.class文件中都会以0101表示：
整个.class文件最终都成为字节数组byte[] b，里面的构造器、方法等各个“组件”，其实也是字节。
所以，我猜Class类的字段至少是这样的：
好了，看一下源码是不是如我所料：
字段、方法、构造器对象
注解数据
泛型信息
等等。
而且，针对字段、方法、构造器，因为信息量太大了，JDK还单独写了三个类：Field、Method、Constructor。我们挑Method类看一下：
也就是说，Class类虽然准备了很多字段用来表示一个.class文件的信息，比如类名、注解、实现的接口等，但对于字段、方法、构造器等，为了更详细地描述这些重要信息，还写了三个类，每个类里面都有很详细的对应。而Class类本身就维持这三个对象的引用（对象数组形式！因为一个类可能有多个方法，所以Class要用Method[] methods保存）。
原本UserController类中所有信息，都被“解构”后保存在Class类中。其中，字段、方法、构造器又用Field、Method等对象单独表示。
大概了解完Class类的字段后，我们来看看Class类的方法。
- 构造器
可以发现，Class类的构造器是私有的，我们无法手动new一个Class对象，只能由JVM创建。JVM在构造Class对象时，需要传入一个类加载器，然后才有我们上面分析的一连串加载、创建过程。
- Class.forName()方法
反正还是类加载器去搞呗。
- newInstance()
也就是说，newInstance()底层就是调用无参构造对象的newInstance()。
所以，本质上Class对象要想创建实例，其实都是通过构造器对象。如果没有空参构造对象，就无法使用clazz.newInstance()，必须要获取其他有参的构造对象然后调用构造对象的newInstance()。
反射API
没啥好说的，在日常开发中反射最终目的主要两个：
- 创建实例
- 反射调用方法
创建实例的难点在于，很多人不知道clazz.newInstance()底层还是调用Contructor对象的newInstance()。所以，要想调用clazz.newInstance()，必须保证编写类的时候有个无参构造。
反射调用方法的难点，有两个，初学者可能会不理解。
再此之前，先来理清楚Class、Field、Method、Constructor四个对象的关系：
Field、Method、Constructor对象内部有对字段、方法、构造器更详细的描述：
OK，理清关系后我们继续来看看反射调用方法时的两个难点。
- 难点一：为什么根据Class对象获取Method时，需要传入方法名+参数的Class类型
为什么要传name和ParameterType？
因为.class文件中有多个方法，比如
所以必须传入name，以方法名区分哪个方法，得到对应的Method。
那参数parameterTypes为什么要用Class类型，我想和调用方法时一样直接传变量名不行吗，比如userName， age。
答案是：我们无法根据变量名区分方法
User getUser(String userName, int age);
User getUser(String mingzi, int nianling);这不叫重载，这就是同一个方法。只能根据参数类型。
我知道，你还会问：变量名不行，那我能不能传String, int。
不好意思，这些都是基本类型和引用类型，类型不能用来传递。我们能传递的要么值，要么对象（引用）。而String.class, int.class是对象，且是Class对象。
实际上，调用Class对象的getMethod()方法时，内部会循环遍历所有Method，然后根据方法名和参数类型匹配唯一的Method返回。
循环遍历所有Method，根据name和parameterType匹配
难点二：调用method.invoke(obj, args);时为什么要传入一个目标对象？
上面分析过，.class文件通过IO被加载到内存后，JDK创造了至少四个对象：Class、Field、Method、Constructor，这些对象其实都是0101010的抽象表示。
以Method对象为例，它到底是什么，怎么来的？我们上面已经分析过，Method对象有好多字段，比如name（方法名），returnType（返回值类型）等。也就是说我们在.java文件中写的方法，被“解构”以后存入了Method对象中。所以对象本身是一个方法的映射，一个方法对应一个Method对象。
我在专栏的另一篇文章中讲过，对象的本质就是用来存储数据的。而方法作为一种行为描述，是所有对象共有的，不属于某个对象独有。比如现有两个Person实例
Person p1 = new Person();
Person p2 = new Person();对象 p1保存了"hst"和18，p2保存了"cxy"和20。但是不管是p1还是p2，都会有changeUser()，但是每个对象里面写一份太浪费。既然是共性行为，可以抽取出来，放在方法区共用。
但这又产生了一个棘手的问题，方法是共用的，JVM如何保证p1调用changeUser()时，changeUser()不会跑去把p2的数据改掉呢？
所以JVM设置了一种隐性机制，每次对象调用方法时，都会隐性传递当前调用该方法的对象参数，方法可以根据这个对象参数知道当前调用本方法的是哪个对象！
同样的，在反射调用方法时，本质还是希望方法处理数据，所以必须告诉它执行哪个对象的数据。
所以，把Method理解为方法执行指令吧，它更像是一个方法执行器，必须告诉它要执行的对象（数据）。
当然，如果是invoke一个静态方法，不需要传入具体的对象。因为静态方法并不能处理对象中保存的数据。
