Java反射机制原理详解

什么是反射？

• Java反射机制的核心是在程序运行时动态加载类并获取类的详细信息，从而操作类或对象的属性和方法。本质是JVM得到class对象之后，再通过class对象进行反编译，从而获取对象的各种信息。

• Java属于先编译再运行的语言，程序中对象的类型在编译期就确定下来了，而当程序在运行时可能需要动态加载某些类，这些类因为之前用不到，所以没有被加载到JVM。通过反射，可以在运行时动态地创建对象并调用其属性，不需要提前在编译期知道运行的对象是谁。

反射机制的概念

指在运行状态中,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，都能调用它的任意一个方法。这种动态获取信息，及动态调用对象方法的功能叫java语言的反射机制。

反射的原理

Class对象的由来是将.class文件读入内存，并为之创建一个Class对象。

对于类加载机制与双亲委派模型感兴趣的小伙伴可以阅读这篇文章：https://blog.csdn.net/a745233700/article/details/90232862

反射的优缺点

1、优点：在运行时获得类的各种内容，进行反编译，对于Java这种先编译再运行的语言，能够让我们很方便的创建灵活的代码，这些代码可以在运行时装配，无需在组件之间进行源代码的链接，更加容易实现面向对象。

2、缺点：
（1）反射会消耗一定的系统资源，因此，如果不需要动态地创建一个对象，那么就不需要用反射；

（2）反射调用方法时可以忽略权限检查，因此可能会破坏封装性而导致安全问题。

反射的用途

1、反编译：.class-->.java

2、通过反射机制访问java对象的属性，方法，构造方法等

3、当我们在使用IDE,比如Ecplise时，当我们输入一个对象或者类，并想调用他的属性和方法是，一按点号，编译器就会自动列出他的属性或者方法，这里就是用到反射。

4、反射最重要的用途就是开发各种通用框架。比如很多框架（Spring）都是配置化的（比如通过XML文件配置Bean），为了保证框架的通用性，他们可能需要根据配置文件加载不同的类或者对象，调用不同的方法，这个时候就必须使用到反射了，运行时动态加载需要的加载的对象。

5、例如，在使用Strut2框架的开发过程中，我们一般会在struts.xml里去配置Action。

比如，加载数据库驱动的，用到的也是反射。

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); // 动态加载mysql驱动

反射机制常用的类

java.lang.Class;
java.lang.reflect.Constructor;
java.lang.reflect.Field;
java.lang.reflect.Method;
java.lang.reflect.Modifier;

反射的基本使用

1、获得Class：主要有三种方法

（1）Object-->getClass

（2）任何数据类型（包括基本的数据类型）都有一个“静态”的class属性

（3）通过class类的静态方法：forName(String className)（最常用）

package com.cn.test;

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        //第一种方式获取Class对象
        Student stu1 = new Student();//这一new 产生一个Student对象，一个Class对象。
        Class stuClass = stu1.getClass();//获取Class对象
        System.out.println(stuClass.getName());

        //第二种方式获取Class对象
        Class stuClass2 = Student.class;
        System.out.println(stuClass == stuClass2);//判断第一种方式获取的Class对象和第二种方式获取的是否是同一个
        //第三种方式获取Class对象
        try {
            Class stuClass3 = Class.forName("com.cn.test.Student");//注意此字符串必须是真实路径，就是带包名的类路径，包名.类名
            System.out.println(stuClass3 == stuClass2);//判断三种方式是否获取的是同一个Class对象
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

注意，在运行期间，一个类，只有一个Class对象产生，所以打印结果都是true；

三种方式中，常用第三种方式，第一种对象都有了还要反射干什么，第二种需要导入类包，依赖太强，不导包就抛编译错误。一般都使用第三种，一个字符串可以传入也可以写在配置文件中等多种方法。

2、判断是否为某个类的示例

一般的，我们使用 instanceof 关键字来判断是否为某个类的实例。同时我们也可以借助反射中Class对象的isInstance()方法来判断时候为某个类的实例，他是一个native方法。

public native boolean isInstance(Object obj);

3、通过反射来生成对象的两种方法

（1）使用Class对象的newInstance()方法来创建Class对象对应类的实例。

Class<?> c = String.class;
Object str = c.newInstance();

（2）先通过Class对象获取指定的Constructor对象，再调用Constructor对象的newInstance()方法来创建对象，这种方法可以用指定的构造器构造类的实例。

//获取String的Class对象
Class<?> str = String.class;
//通过Class对象获取指定的Constructor构造器对象
Constructor constructor=c.getConstructor(String.class);
//根据构造器创建实例：
Object obj = constructor.newInstance(“hello reflection”);

4、通过反射获取构造方法并使用

（1）批量获取的方法：

public Constructor[] getConstructors(); // 所有"公有的"构造方法
public Constructor[] getDeclaredConstructors() // 获取所有的构造方法(包括私有、受保护、默认、公有)

（2）单个获取的方法，并调用：

public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes) // 获取单个的"公有的"构造方法：
public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes) // 获取"某个构造方法"可以是私有的，或受保护、默认、公有；

（3）调用构造方法：

Constructor-->newInstance(Object... initargs)

newInstance是 Constructor类的方法（管理构造函数的类）

api的解释为：newInstance(Object... initargs) ，使用此 Constructor 对象表示的构造方法来创建该构造方法的声明类的新实例，并用指定的初始化参数初始化该实例。

它的返回值是T类型，所以newInstance是创建了一个构造方法的声明类的新实例对象，并为之调用。

例子：
Student类：共六个构造方法。

package com.cn.test;

public class Student {
    //---------------构造方法-------------------
    //（默认的构造方法）
    Student(String str){
        System.out.println("(默认)的构造方法 s = " + str);
    }
    //无参构造方法
    public Student(){
        System.out.println("调用了公有、无参构造方法执行了。。。");
    }
    //有一个参数的构造方法
    public Student(char name){
        System.out.println("姓名：" + name);
    }
    //有多个参数的构造方法
    public Student(String name ,int age){
        System.out.println("姓名："+name+"年龄："+ age);//这的执行效率有问题，以后解决。
    }
    //受保护的构造方法
    protected Student(boolean n){
        System.out.println("受保护的构造方法 n = " + n);
    }
    //私有构造方法
    private Student(int age){
        System.out.println("私有的构造方法   年龄："+ age);
    }
}

/*
 * 通过Class对象可以获取某个类中的：构造方法、成员变量、成员方法；并访问成员；
 *
 * 1.获取构造方法：
 *     1).批量的方法：
 *          public Constructor[] getConstructors()：所有"公有的"构造方法
            public Constructor[] getDeclaredConstructors()：获取所有的构造方法(包括私有、受保护、默认、公有)
 *     2).获取单个的方法，并调用：
 *          public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes):获取单个的"公有的"构造方法：
 *          public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes):获取"某个构造方法"可以是私有的，或受保护、默认、公有；
 *     3).调用构造方法：
 *          Constructor-->newInstance(Object... initargs)
 */

package com.cn.test;
import java.lang.reflect.Constructor;

public class Constructors {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.加载Class对象
        Class clazz = Class.forName("com.cn.test.Student");

        //2.获取所有公有构造方法
        System.out.println("**********************所有公有构造方法*********************************");
        Constructor[] conArray = clazz.getConstructors();
        for(Constructor c : conArray){
            System.out.println(c);
        }
        // 打印结果：
        // public com.cn.test.Student(java.lang.String,int)
        // public com.cn.test.Student(char)
        // public com.cn.test.Student()

        System.out.println("************所有的构造方法(包括：私有、受保护、默认、公有)***************");
        conArray = clazz.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor c : conArray){
            System.out.println(c);
        }
        // 打印结果：
        // private com.cn.test.Student(int)
        // protected com.cn.test.Student(boolean)
        // public com.cn.test.Student(java.lang.String,int)
        // public com.cn.test.Student(char)
        // public com.cn.test.Student()
        // com.cn.test.Student(java.lang.String)

        System.out.println("*****************获取公有、无参的构造方法*******************************");
        Constructor con = clazz.getConstructor(null);
        //1>、因为是无参的构造方法所以类型是一个null,不写也可以：这里需要的是一个参数的类型，切记是类型
        //2>、返回的是描述这个无参构造函数的类对象。
        System.out.println("con = " + con);
        // 打印结果：
        // con = public com.cn.test.Student()

        //调用构造方法
        Object obj = con.newInstance();
        //System.out.println("obj = " + obj);
        //Student stu = (Student)obj;

        System.out.println("******************获取私有构造方法，并调用*******************************");
        con = clazz.getDeclaredConstructor(char.class);
        System.out.println(con);
        // 打印结果：
        // public com.cn.test.Student(char)

        //调用构造方法
        con.setAccessible(true);//暴力访问(忽略掉访问修饰符)
        obj = con.newInstance('男');
        // 打印结果：
        // 姓名：男
    }
}

5、获取成员变量并调用

Student类：

package com.cn.field;

public class Student {
    public Student(){}

    public String name;
    protected int age;
    char sex;
    private String phoneNum;

    @Override
    public String toString() {
        return "Student [name=" + name + ", age=" + age + ", sex=" + sex + ", phoneNum=" + phoneNum + "]";
    }
}

package com.cn.field;
import java.lang.reflect.Field;
/*
 * 获取成员变量并调用：
 *
 * 1.批量的
 *      1).Field[] getFields():获取所有的"公有字段"
 *      2).Field[] getDeclaredFields():获取所有字段，包括：私有、受保护、默认、公有；
 * 2.获取单个的：
 *      1).public Field getField(String fieldName):获取某个"公有的"字段；
 *      2).public Field getDeclaredField(String fieldName):获取某个字段(可以是私有的)
 *
 *  设置字段的值：
 *      Field --> public void set(Object obj,Object value):
 *                  参数说明：
 *                  1.obj:要设置的字段所在的对象；
 *                  2.value:要为字段设置的值；
 */
public class Fields {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.获取Class对象
        Class stuClass = Class.forName("com.cn.field.Student");
        //2.获取字段
        System.out.println("************获取所有公有的字段********************");
        Field[] fieldArray = stuClass.getFields();
        for(Field f : fieldArray){
            System.out.println(f);
        }
        // 打印结果：
        // public java.lang.String com.cn.field.Student.name

        System.out.println("************获取所有的字段(包括私有、受保护、默认的)********************");
        fieldArray = stuClass.getDeclaredFields();
        for(Field f : fieldArray){
            System.out.println(f);
        }
        // 打印结果：
        // public java.lang.String com.cn.field.Student.name
        // protected int com.cn.field.Student.age
        // char com.cn.field.Student.sex
        // private java.lang.String com.cn.field.Student.phoneNum

        System.out.println("*************获取公有字段**并调用***********************************");
        Field f = stuClass.getField("name");
        System.out.println(f);
        // 打印结果：
        // public java.lang.String com.cn.field.Student.name

        //获取一个对象
        Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();//产生Student对象--》Student stu = new Student();
        //为字段设置值
        f.set(obj, "刘德华");//为Student对象中的name属性赋值--》stu.name = "刘德华"
        //验证
        Student stu = (Student)obj;
        System.out.println("验证姓名：" + stu.name);
        // 打印结果：
        // 验证姓名：刘德华

        System.out.println("**************获取私有字段****并调用********************************");
        f = stuClass.getDeclaredField("phoneNum");
        System.out.println(f);
        // 打印结果：
        // private java.lang.String com.cn.field.Student.phoneNum

        f.setAccessible(true);//暴力反射，解除私有限定
        f.set(obj, "18888889999");
        System.out.println("验证电话：" + stu);
        // 打印结果：
        // 验证电话：Student [name=刘德华, age=0, sex=null, phoneNum=18888889999]
    }
}

6、获取成员方法并调用

Student类：

package com.cn.method;

public class Student {
    //**************成员方法***************//
    public void show1(String s){
        System.out.println("调用了：公有的，String参数的show1(): s = " + s);
    }
    protected void show2(){
        System.out.println("调用了：受保护的，无参的show2()");
    }
    void show3(){
        System.out.println("调用了：默认的，无参的show3()");
    }
    private String show4(int age){
        System.out.println("调用了，私有的，并且有返回值的，int参数的show4(): age = " + age);
        return "abcd";
    }
}

package com.cn.method;
import java.lang.reflect.Method;

/*
 * 获取成员方法并调用：
 *
 * 1.批量的：
 *      public Method[] getMethods():获取所有"公有方法"；（包含了父类的方法也包含Object类）
 *      public Method[] getDeclaredMethods():获取所有的成员方法，包括私有的(不包括继承的)
 * 2.获取单个的：
 *      public Method getMethod(String name,Class<?>... parameterTypes):
 *                  参数：
 *                      name : 方法名；
 *                      Class ... : 形参的Class类型对象
 *      public Method getDeclaredMethod(String name,Class<?>... parameterTypes)
 *
 *   调用方法：
 *      Method --> public Object invoke(Object obj,Object... args):
 *                  参数说明：
 *                  obj : 要调用方法的对象；
 *                  args: 调用方式时所传递的实参；
):
 */
public class MethodClass {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.获取Class对象
        Class stuClass = Class.forName("com.cn.method.Student");
        //2.获取所有公有方法
        System.out.println("***************获取所有的”公有“方法*******************");
        stuClass.getMethods();
        Method[] methodArray = stuClass.getMethods();
        for(Method m : methodArray){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println("***************获取所有的方法，包括私有的*******************");
        methodArray = stuClass.getDeclaredMethods();
        for(Method m : methodArray){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println("***************获取公有的show1()方法*******************");
        Method m = stuClass.getMethod("show1", String.class);
        System.out.println(m);
        //实例化一个Student对象
        Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();
        m.invoke(obj, "刘德华");

        System.out.println("***************获取私有的show4()方法******************");
        m = stuClass.getDeclaredMethod("show4", int.class);
        System.out.println(m);
        m.setAccessible(true);//解除私有限定
        Object result = m.invoke(obj, 20);//需要两个参数，一个是要调用的对象（获取有反射），一个是实参
        System.out.println("返回值：" + result);
    }
}

7、反射main方法

Student类：

package com.cn.test;

public class Student {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main方法执行了。。。");
    }
}

package com.cn.test;
import java.lang.reflect.Method;
/**
 * 获取Student类的main方法、不要与当前的main方法搞混了
 */
public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1、获取Student对象的字节码
            Class clazz = Class.forName("com.cn.test.Student");

            //2、获取main方法
            Method methodMain = clazz.getMethod("main", String[].class);//第一个参数：方法名称，第二个参数：方法形参的类型，
            //3、调用main方法
            // methodMain.invoke(null, new String[]{"a","b","c"});
            //第一个参数，对象类型，因为方法是static静态的，所以为null可以，第二个参数是String数组，这里要注意在jdk1.4时是数组，jdk1.5之后是可变参数
            //这里拆的时候将  new String[]{"a","b","c"} 拆成3个对象。。。所以需要将它强转。
            methodMain.invoke(null, (Object)new String[]{"a","b","c"});//方式一
            // methodMain.invoke(null, new Object[]{new String[]{"a","b","c"}});//方式二
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

8、利用反射创建数值

数组在Java里是比较特殊的一种类型，它可以赋值给一个Object Reference。

public static void testArray() throws ClassNotFoundException {
    Class<?> cls = Class.forName("java.lang.String");
    Object array = Array.newInstance(cls,25);
    //往数组里添加内容
    Array.set(array,0,"golang");
    Array.set(array,1,"Java");
    Array.set(array,2,"pytho");
    Array.set(array,3,"Scala");
    Array.set(array,4,"Clojure");
    //获取某一项的内容
    System.out.println(Array.get(array,3));
}

9、通过反射运行配置文件内容

Student类：

package com.cn.test;

public class Student {
    public void show(){
        System.out.println("is show()");
    }
}

配置文件以pro.txt文件为例子：

className = cn.com.test.Student
methodName = show

测试类：

package com.cn.test;

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;

/*
 * 我们利用反射和配置文件，可以使：应用程序更新时，对源码无需进行任何修改
 * 我们只需要将新类发送给客户端，并修改配置文件即可
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //通过反射获取Class对象
        Class stuClass = Class.forName(getValue("className"));//"cn.com.test.Student"
        //2获取show()方法
        Method m = stuClass.getMethod(getValue("methodName"));//show
        //3.调用show()方法
        m.invoke(stuClass.getConstructor().newInstance());
    }

    //此方法接收一个key，在配置文件中获取相应的value
    public static String getValue(String key) throws IOException{
        Properties pro = new Properties();//获取配置文件的对象
        FileReader in = new FileReader("pro.txt");//获取输入流
        pro.load(in);//将流加载到配置文件对象中
        in.close();
        return pro.getProperty(key);//返回根据key获取的value值
    }
}

当我们升级这个系统时，不要Student类，而需要新写一个Student2的类时，这时只需要更改pro.txt的文件内容就可以了。代码就一点不用改动。

10、通过反射越过泛型检查

泛型用在编译期，编译过后泛型擦除（消失掉），所以是可以通过反射越过泛型检查的。

package com.cn.test;

import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
/*
 * 通过反射越过泛型检查
 * 例如：有一个String泛型的集合，怎样能向这个集合中添加一个Integer类型的值？
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ArrayList<String> strList = new ArrayList<>();
        strList.add("aaa");
        strList.add("bbb");

        //strList.add(100);
        //获取ArrayList的Class对象，反向的调用add()方法，添加数据
        Class listClass = strList.getClass(); //得到 strList 对象的字节码 对象
        //获取add()方法
        Method m = listClass.getMethod("add", Object.class);
        //调用add()方法
        m.invoke(strList, 100);

        //遍历集合
        for(Object obj : strList){
            System.out.println(obj);
        }
    }
}