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[Java知识库]Java反射机制

一、Java反射机制概述

Reflection（反射）是被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。
加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象就包含了完整的类的结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，我们形象的称之为：反射。

1.动态语言 vs 静态语言

1、动态语言
是一类在运行时可以改变其结构的语言：例如新的函数、对象、甚至代码可以被引进，已有的函数可以被删除或是其他结构上的变化。通俗点说就是在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构。
主要动态语言：Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python、Erlang。
2、静态语言
与动态语言相对应的，运行时结构不可变的语言就是静态语言。如Java、C、C++。
Java不是动态语言，但Java可以称之为“准动态语言”。即Java有一定的动态性，我们可以利用反射机制、字节码操作获得类似动态语言的特性。Java的动态性让编程的时候更加灵活！

2.Java反射机制研究及应用

Java反射机制提供的功能
- 在运行时判断任意一个对象所属的类
- 在运行时构造任意一个类的对象
- 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
- 在运行时获取泛型信息
- 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
- 在运行时处理注解
- 生成动态代理

3.反射相关的主要API

java.lang.Class:代表一个类
java.lang.reflect.Method:代表类的方法
java.lang.reflect.Field:代表类的成员变量
java.lang.reflect.Constructor:代表类的构造器

有关person类请访问person类


    //反射之前，对于Person的操作
    @Test
    public void test1() {

        //1.创建Person类的对象
        Person p1 = new Person("Tom", 12);

        //2.通过对象，调用其内部的属性、方法
        p1.age = 10;
        System.out.println(p1.toString());

        p1.show();

        //在Person类外部，不可以通过Person类的对象调用其内部私有结构。
        //比如：name、showNation()以及私有的构造器
    }

    //反射之后，对于Person的操作
    @Test
    public void test2() throws Exception{
        Class clazz = Person.class;
        //1.通过反射，创建Person类的对象
        Constructor cons = clazz.getConstructor(String.class,int.class);
        Object obj = cons.newInstance("Tom", 12);
        Person p = (Person) obj;
        System.out.println(p.toString());
        //2.通过反射，调用对象指定的属性、方法
        //调用属性
        Field age = clazz.getDeclaredField("age");
        age.set(p,10);
        System.out.println(p.toString());

        //调用方法
        Method show = clazz.getDeclaredMethod("show");
        show.invoke(p);

        System.out.println("*******************************");

        //通过反射，可以调用Person类的私有结构的。比如：私有的构造器、方法、属性
        //调用私有的构造器
        Constructor cons1 = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
        cons1.setAccessible(true);
        Person p1 = (Person) cons1.newInstance("Jerry");
        System.out.println(p1);

        //调用私有的属性
        Field name = clazz.getDeclaredField("name");
        name.setAccessible(true);
        name.set(p1,"HanMeimei");
        System.out.println(p1);

        //调用私有的方法
        Method showNation = clazz.getDeclaredMethod("showNation", String.class);
        showNation.setAccessible(true);
        String nation = (String) showNation.invoke(p1,"中国");//相当于String nation = p1.showNation("中国")
        System.out.println(nation);


    }
    //疑问1：通过直接new的方式或反射的方式都可以调用公共的结构，开发中到底用那个？
    //建议：直接new的方式。
    //什么时候会使用：反射的方式。 反射的特征：动态性
    //疑问2：反射机制与面向对象中的封装性是不是矛盾的？如何看待两个技术？
    //不矛盾。

二、理解Class类并获取Class实例

获取Class实例需要熟练掌握

1.Class 类

在Object类中定义了以下的方法，此方法将被所有子类继承：
● public final Class getClass()
以上的方法返回值的类型是一个Class类，此类是Java反射的源头，实际上所谓反射从程序的运行结果来看也很好理解，即：可以通过对象反射求出类的名称。
在这里插入图片描述

项目对象照镜子后可以得到的信息：某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。对于每个类而言，JRE 都为其保留一个不变的 Class 类型的对象。一个 Class 对象包含了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitive type/void/[])的有关信息。
- Class本身也是一个类
- Class 对象只能由系统建立对象
- 一个加载的类在 JVM 中只会有一个Class实例
- 一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件
- 每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成
- 通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构
- Class类是Reflection的根源，针对任何你想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的Class对象

2.关于java.lang.Class类的理解

1.类的加载过程：
程序经过javac.exe命令以后，会生成一个或多个字节码文件(.class结尾)。
接着我们使用java.exe命令对某个字节码文件进行解释运行。相当于将某个字节码文件
加载到内存中。此过程就称为类的加载。加载到内存中的类，我们就称为运行时类，此
运行时类，就作为Class的一个实例。

2.换句话说，Class的实例就对应着一个运行时类。
3.加载到内存中的运行时类，会缓存一定的时间。在此时间之内，我们可以通过不同的方式
来获取此运行时类。

3.Class类的常用方法

在这里插入图片描述

4.获取Class的实例的方式（前三种方式需要掌握）

1）前提：若已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠，
程序性能最高
实例：Class clazz = String.class;
2）前提：已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象
实例：Class clazz = “www.atguigu.com”.getClass();
3）前提：已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方
法forName()获取，可能抛出ClassNotFoundException
实例：Class clazz = Class.forName(“java.lang.String”);
4）其他方式(不做要求)
ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();
Class clazz4 = cl.loadClass(“类的全类名”);

举例：

 @Test
    public void test3() throws ClassNotFoundException {
        //方式一：调用运行时类的属性：.class
        Class clazz1 = Person.class;
        System.out.println(clazz1);
        //方式二：通过运行时类的对象,调用getClass()
        Person p1 = new Person();
        Class clazz2 = p1.getClass();
        System.out.println(clazz2);

        //方式三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)
        Class clazz3 = Class.forName("com.atguigu.java.Person");
//        clazz3 = Class.forName("java.lang.String");
        System.out.println(clazz3);

        System.out.println(clazz1 == clazz2);
        System.out.println(clazz1 == clazz3);

        //方式四：使用类的加载器：ClassLoader  (了解)
        ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
        Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.atguigu.java.Person");
        System.out.println(clazz4);

        System.out.println(clazz1 == clazz4);

    }

5.哪些类型可以有Class对象？

（1）class：
外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类
（2）interface：接口
（3）[]：数组
（4）enum：枚举
（5）annotation：注解@interface
（6）primitive type：基本数据类型
（7）void

@Test
    public void test4(){
        Class c1 = Object.class;
        Class c2 = Comparable.class;
        Class c3 = String[].class;
        Class c4 = int[][].class;
        Class c5 = ElementType.class;
        Class c6 = Override.class;
        Class c7 = int.class;
        Class c8 = void.class;
        Class c9 = Class.class;

        int[] a = new int[10];
        int[] b = new int[100];
        Class c10 = a.getClass();
        Class c11 = b.getClass();
        // 只要数组的元素类型与维度一样，就是同一个Class
        System.out.println(c10 == c11);

    }

三、创建运行时类的对象（重点）

创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法
要求：
- 1）类必须有一个无参数的构造器。
- 2）类的构造器的访问权限需要足够。
难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗？
不是！只要在操作的时候明确的调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。
步骤如下：
- 1）通过Class类的getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)取得本类的指定形参类
  型的构造器
- 2）向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数。
- 3）通过Constructor实例化对象。

//1.根据全类名获取对应的Class对象
String name = “atguigu.java.Person";
Class clazz = null;
clazz = Class.forName(name);
//2.调用指定参数结构的构造器，生成Constructor的实例
Constructor con = clazz.getConstructor(String.class,Integer.class);
//3.通过Constructor的实例创建对应类的对象，并初始化类属性
Person p2 = (Person) con.newInstance("Peter",20);
System.out.println(p2);

举例：

 @Test
    public void test1() throws IllegalAccessException, InstantiationException {

        Class<Person> clazz = Person.class;
        /*
        newInstance():调用此方法，创建对应的运行时类的对象。内部调用了运行时类的空参的构造器。

        要想此方法正常的创建运行时类的对象，要求：
        1.运行时类必须提供空参的构造器
        2.空参的构造器的访问权限得够。通常，设置为public。


        在javabean中要求提供一个public的空参构造器。原因：
        1.便于通过反射，创建运行时类的对象
        2.便于子类继承此运行时类时，默认调用super()时，保证父类有此构造器

         */
        Person obj = clazz.newInstance();
        System.out.println(obj);

    }

四、获取运行时类的完整结构

通过反射获取运行时类的完整结构
? 实现的全部接口
? 所继承的父类
? 全部的构造器
? 全部的方法
? 全部的Field

补充：运行所用代码：
Person类

1.实现的全部接口

public Class<?>[] getInterfaces()
确定此对象所表示的类或接口实现的接口。

/*
    获取运行时类实现的接口
     */
    @Test
    public void test5(){
        Class clazz = Person.class;

        Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
        for(Class c : interfaces){
            System.out.println(c);
        }

        System.out.println();
        //获取运行时类的父类实现的接口
        Class[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
        for(Class c : interfaces1){
            System.out.println(c);
        }

    }

2.所继承的父类

public Class<? Super T> getSuperclass()
返回表示此 Class 所表示的实体（类、接口、基本类型）的父类的
Class。

 /*
    获取运行时类的父类

     */
    @Test
    public void test2(){
        Class clazz = Person.class;

        Class superclass = clazz.getSuperclass();
        System.out.println(superclass);
    }

    /*
    获取运行时类的带泛型的父类

     */
    @Test
    public void test3(){
        Class clazz = Person.class;

        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        System.out.println(genericSuperclass);
    }

    /*
    获取运行时类的带泛型的父类的泛型


    代码：逻辑性代码  vs 功能性代码
     */
    @Test
    public void test4(){
        Class clazz = Person.class;

        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
        //获取泛型类型
        Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();
//        System.out.println(actualTypeArguments[0].getTypeName());
        System.out.println(((Class)actualTypeArguments[0]).getName());
    }

3.全部的构造器

public Constructor[] getConstructors()
返回此 Class 对象所表示的类的所有public构造方法。
public Constructor[] getDeclaredConstructors()
返回此 Class 对象表示的类声明的所有构造方法。
Constructor类中：
? 取得修饰符: public int getModifiers();
? 取得方法名称: public String getName();
? 取得参数的类型：public Class<?>[] getParameterTypes();


    /*
    获取构造器结构

     */
    @Test
    public void test1(){

        Class clazz = Person.class;
        //getConstructors():获取当前运行时类中声明为public的构造器
        Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
        for(Constructor c : constructors){
            System.out.println(c);
        }

        System.out.println();
        //getDeclaredConstructors():获取当前运行时类中声明的所有的构造器
        Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor c : declaredConstructors){
            System.out.println(c);
        }

    }

4.全部的方法

public Method[] getDeclaredMethods()
返回此Class对象所表示的类或接口的全部方法
public Method[] getMethods()
返回此Class对象所表示的类或接口的public的方法
Method类中：
? public Class<?> getReturnType()取得全部的返回值
? public Class<?>[] getParameterTypes()取得全部的参数
? public int getModifiers()取得修饰符
? public Class<?>[] getExceptionTypes()取得异常信息

具体举例请看：
MethodTest类

// An highlighted block
var foo = 'bar';

5.所有属性

具体举例请看：
FieldTest（属性举例）

// An highlighted block
var foo = 'bar';

6.获取运行时类所在的包

@Test
    public void test6(){
        Class clazz = Person.class;

        Package pack = clazz.getPackage();
        System.out.println(pack);
    }

7.获取运行时类声明的注解

 @Test
    public void test7(){
        Class clazz = Person.class;

        Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
        for(Annotation annos : annotations){
            System.out.println(annos);
        }
    }

五、调用运行时类的指定结构（重点）

1.调用指定方法

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。步骤：
1.通过Class类的getMethod(String name,Class…parameterTypes)方法取得
一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型。
2.之后使用Object invoke(Object obj, Object[] args)进行调用，并向方法中
传递要设置的obj对象的参数信息。
Object invoke(Object obj, Object … args)

1.Object 对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null
2.若原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null
3.若原方法形参列表为空，则Object[] args为null
4.若原方法声明为private,则需要在调用此invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，将可访问private的方法。

 @Test
    public void testMethod() throws Exception {

        Class clazz = Person.class;

        //创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();

        /*
        1.获取指定的某个方法
        getDeclaredMethod():参数1 ：指明获取的方法的名称  参数2：指明获取的方法的形参列表
         */
        Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);
        //2.保证当前方法是可访问的
        show.setAccessible(true);

        /*
        3. 调用方法的invoke():参数1：方法的调用者  参数2：给方法形参赋值的实参
        invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值。
         */
        Object returnValue = show.invoke(p,"CHN"); //String nation = p.show("CHN");
        System.out.println(returnValue);

        System.out.println("*************如何调用静态方法*****************");

        // private static void showDesc()

        Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
        showDesc.setAccessible(true);
        //如果调用的运行时类中的方法没有返回值，则此invoke()返回null
//        Object returnVal = showDesc.invoke(null);
        Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
        System.out.println(returnVal);//null

    }

2.调用指定属性

在反射机制中，可以直接通过Field类操作类中的属性，通过Field类提供的set()和get()方法就可以完成设置和取得属性内容的操作。
? public Field getField(String name) 返回此Class对象表示的类或接口的指定的public的Field。
? public Field getDeclaredField(String name)返回此Class对象表示的类或接口的指定的Field。
在Field中：
? public Object get(Object obj) 取得指定对象obj上此Field的属性内容
? public void set(Object obj,Object value) 设置指定对象obj上此Field的属性内容

 @Test
    public void testField1() throws Exception {
        Class clazz = Person.class;

        //创建运行时类的对象
        Person p = (Person) clazz.newInstance();

        //1. getDeclaredField(String fieldName):获取运行时类中指定变量名的属性
        Field name = clazz.getDeclaredField("name");

        //2.保证当前属性是可访问的
        name.setAccessible(true);
        //3.获取、设置指定对象的此属性值
        name.set(p,"Tom");

        System.out.println(name.get(p));
    }

3.调用指定的构造器

@Test
    public void testConstructor() throws Exception {
        Class clazz = Person.class;

        //private Person(String name)
        /*
        1.获取指定的构造器
        getDeclaredConstructor():参数：指明构造器的参数列表
         */

        Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);

        //2.保证此构造器是可访问的
        constructor.setAccessible(true);

        //3.调用此构造器创建运行时类的对象
        Person per = (Person) constructor.newInstance("Tom");
        System.out.println(per);

    }