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反射原理详谈

什么是反射？

反射是在运行状态中，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，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为 Java 语言的反射机制。

反射机制的优缺点有哪些？

优点：能够运行时动态获取类的实例，提高灵活性；可与动态编译结合Class.forName('com.mysql.jdbc.Driver.class');，加载[MySQL](https://www.wkcto.com/courses/mysql.html)的驱动类。

缺点：使用反射性能较低，需要解析字节码，将内存中的对象进行解析。其解决方案是：通过setAccessible(true)关闭JDK的安全检查来提升反射速度；多次创建一个类的实例时，有缓存会快很多；ReflflectASM工具类，通过字节码生成的方式加快反射速度。

如何获取反射中的Class对象？

  1. Class.forName(“类的路径”)；当你知道该类的全路径名时，你可以使用该方法获取 Class 类对象。

    Class clz = Class.forName("java.lang.String");

  2. 类名.class。这种方法只适合在编译前就知道操作的 Class。

    Class clz = String.class;

  3. 对象名.getClass()。

    String str = new String("Hello");
Class clz = str.getClass();

  4. 如果是基本类型的包装类，可以调用包装类的Type属性来获得该包装类的Class对象。

Java反射API有几类？

反射 API 用来生成 JVM 中的类、接口或则对象的信息。

  • Class 类：反射的核心类，可以获取类的属性，方法等信息。

  • Field 类：Java.lang.reflec 包中的类，表示类的成员变量，可以用来获取和设置类之中的属性值。

  • Method 类：Java.lang.reflec 包中的类，表示类的方法，它可以用来获取类中的方法信息或者执行方法。

  • Constructor 类：Java.lang.reflec 包中的类，表示类的构造方法。

反射使用的步骤？

  1. 获取想要操作的类的Class对象，这是反射的核心，通过Class对象我们可以任意调用类的方法。

  2. 调用 Class 类中的方法，既就是反射的使用阶段。

  3. 使用反射 API 来操作这些信息。

具体可以看下面的例子：

public class Apple {

    private int price;

    public int getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(int price) {
        this.price = price;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //正常的调用
        Apple apple = new Apple();
        apple.setPrice(5);
        System.out.println("Apple Price:" + apple.getPrice());
        //使用反射调用
        Class clz = Class.forName("com.chenshuyi.api.Apple");
        Method setPriceMethod = clz.getMethod("setPrice", int.class);
        Constructor appleConstructor = clz.getConstructor();
        Object appleObj = appleConstructor.newInstance();
        setPriceMethod.invoke(appleObj, 14);
        Method getPriceMethod = clz.getMethod("getPrice");
        System.out.println("Apple Price:" + getPriceMethod.invoke(appleObj));
    }
}

从代码中可以看到我们使用反射调用了 setPrice 方法，并传递了 14 的值。之后使用反射调用了 getPrice 方法，输出其价格。上面的代码整个的输出结果是：

Apple Price:5
Apple Price:14

从这个简单的例子可以看出，一般情况下我们使用反射获取一个对象的步骤：

  • 获取类的 Class 对象实例
Class clz = Class.forName("com.zhenai.api.Apple");
  • 根据 Class 对象实例获取 Constructor 对象
Constructor appleConstructor = clz.getConstructor();
  • 使用 Constructor 对象的 newInstance 方法获取反射类对象
Object appleObj = appleConstructor.newInstance();

而如果要调用某一个方法，则需要经过下面的步骤：

  • 获取方法的 Method 对象
Method setPriceMethod = clz.getMethod("setPrice", int.class);
  • 利用 invoke 方法调用方法
setPriceMethod.invoke(appleObj, 14);

为什么引入反射概念？反射机制的应用有哪些？

我们来看一下 Oracle 官方文档中对反射的描述：

从 Oracle 官方文档中可以看出，反射主要应用在以下几方面：

  • 反射让开发人员可以通过外部类的全路径名创建对象，并使用这些类，实现一些扩展的功能。
  • 反射让开发人员可以枚举出类的全部成员，包括构造函数、属性、方法。以帮助开发者写出正确的代码。
  • 测试时可以利用反射 API 访问类的私有成员，以保证测试代码覆盖率。

也就是说，Oracle 希望开发者将反射作为一个工具，用来帮助程序员实现本不可能实现的功能。

举两个最常见使用反射的例子，来说明反射机制的强大之处：

第一种：JDBC 的数据库的连接

在JDBC 的操作中，如果要想进行数据库的连接，则必须按照以上的几步完成

  1. 通过Class.forName()加载数据库的驱动程序 （通过反射加载，前提是引入相关了Jar包）；
  2. 通过 DriverManager 类进行数据库的连接，连接的时候要输入数据库的连接地址、用户名、密码；
  3. 通过Connection 接口接收连接。
public class ConnectionJDBC {  
  
    /** 
     * @param args 
     */  
    //驱动程序就是之前在classpath中配置的JDBC的驱动程序的JAR 包中  
    public static final String DBDRIVER = "com.mysql.jdbc.Driver";  
    //连接地址是由各个数据库生产商单独提供的，所以需要单独记住  
    public static final String DBURL = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";  
    //连接数据库的用户名  
    public static final String DBUSER = "root";  
    //连接数据库的密码  
    public static final String DBPASS = "";  
      
      
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        Connection con = null; //表示数据库的连接对象  
        Class.forName(DBDRIVER); //1、使用CLASS 类加载驱动程序 ,反射机制的体现 
        con = DriverManager.getConnection(DBURL,DBUSER,DBPASS); //2、连接数据库  
        System.out.println(con);  
        con.close(); // 3、关闭数据库  
    }

第二种：Spring 框架的使用，最经典的就是xml的配置模式。

Spring 通过 XML 配置模式装载 Bean 的过程：

  1. 将程序内所有 XML 或 Properties 配置文件加载入内存中；
  2. Java类里面解析xml或properties里面的内容，得到对应实体类的字节码字符串以及相关的属性信息；
  3. 使用反射机制，根据这个字符串获得某个类的Class实例；
  4. 动态配置实例的属性。

Spring这样做的好处是：

  • 不用每一次都要在代码里面去new或者做其他的事情；
  • 以后要改的话直接改配置文件，代码维护起来就很方便了；
  • 有时为了适应某些需求，Java类里面不一定能直接调用另外的方法，可以通过反射机制来实现。

模拟 Spring 加载 XML 配置文件：

public class BeanFactory {
       private Map<String, Object> beanMap = new HashMap<String, Object>();
       /**
       * bean工厂的初始化.
       * @param xml xml配置文件
       */
       public void init(String xml) {
              try {
                     //读取指定的配置文件
                     SAXReader reader = new SAXReader();
                     ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
                     //从class目录下获取指定的xml文件
                     InputStream ins = classLoader.getResourceAsStream(xml);
                     Document doc = reader.read(ins);
                     Element root = doc.getRootElement();  
                     Element foo;
                    
                     //遍历bean
                     for (Iterator i = root.elementIterator("bean"); i.hasNext();) {  
                            foo = (Element) i.next();
                            //获取bean的属性id和class
                            Attribute id = foo.attribute("id");  
                            Attribute cls = foo.attribute("class");
                           
                            //利用Java反射机制，通过class的名称获取Class对象
                            Class bean = Class.forName(cls.getText());
                           
                            //获取对应class的信息
                            java.beans.BeanInfo info = java.beans.Introspector.getBeanInfo(bean);
                            //获取其属性描述
                            java.beans.PropertyDescriptor pd[] = info.getPropertyDescriptors();
                            //设置值的方法
                            Method mSet = null;
                            //创建一个对象
                            Object obj = bean.newInstance();
                           
                            //遍历该bean的property属性
                            for (Iterator ite = foo.elementIterator("property"); ite.hasNext();) {  
                                   Element foo2 = (Element) ite.next();
                                   //获取该property的name属性
                                   Attribute name = foo2.attribute("name");
                                   String value = null;
                                  
                                   //获取该property的子元素value的值
                                   for(Iterator ite1 = foo2.elementIterator("value"); ite1.hasNext();) {
                                          Element node = (Element) ite1.next();
                                          value = node.getText();
                                          break;
                                   }
                                  
                                   for (int k = 0; k < pd.length; k++) {
                                          if (pd[k].getName().equalsIgnoreCase(name.getText())) {
                                                 mSet = pd[k].getWriteMethod();
                                                 //利用Java的反射极致调用对象的某个set方法，并将值设置进去
                                                 mSet.invoke(obj, value);
                                          }
                                   }
                            }
                           
                            //将对象放入beanMap中，其中key为id值，value为对象
                            beanMap.put(id.getText(), obj);
                     }
              } catch (Exception e) {
                     System.out.println(e.toString());
              }
       }
      
       //other codes
}

反射机制的原理是什么？

Class actionClass=Class.forName(“MyClass”);
Object action=actionClass.newInstance();
Method method = actionClass.getMethod(“myMethod”,null);
method.invoke(action,null);

上面就是最常见的反射使用的例子，前两行实现了类的装载、链接和初始化（newInstance方法实际上也是使用反射调用了方法），后两行实现了从class对象中获取到method对象然后执行反射调用。

因反射原理较复杂，下面简要描述下流程，想要详细了解的小伙伴，可以看这篇文章：https://www.cnblogs.com/yougewe/p/10125073.html

  1. 反射获取类实例 Class.forName()，并没有将实现留给了java,而是交给了jvm去加载！主要是先获取 ClassLoader, 然后调用 native 方法，获取信息，加载类则是回调 java.lang.ClassLoader。最后，jvm又会回调 ClassLoader 进类加载！

  2. newInstance() 主要做了三件事：

  3. 权限检测，如果不通过直接抛出异常；

  4. 查找无参构造器，并将其缓存起来；

  5. 调用具体方法的无参构造方法，生成实例并返回。

  6. 获取Method对象，

上面的Class对象是在加载类时由JVM构造的，JVM为每个类管理一个独一无二的Class对象，这份Class对象里维护着该类的所有Method，Field，Constructor的cache，这份cache也可以被称作根对象。

每次getMethod获取到的Method对象都持有对根对象的引用，因为一些重量级的Method的成员变量（主要是MethodAccessor），我们不希望每次创建Method对象都要重新初始化，于是所有代表同一个方法的Method对象都共享着根对象的MethodAccessor，每一次创建都会调用根对象的copy方法复制一份：

 Method copy() { 

        Method res = new Method(clazz, name, parameterTypes, returnType,

                                exceptionTypes, modifiers, slot, signature,

                                annotations, parameterAnnotations, annotationDefault);

        res.root = this;

        res.methodAccessor = methodAccessor;

        return res;

    }

  1. 调用invoke()方法。调用invoke方法的流程如下：

调用Method.invoke之后，会直接去调MethodAccessor.invoke。MethodAccessor就是上面提到的所有同名method共享的一个实例，由ReflectionFactory创建。

创建机制采用了一种名为inflation的方式（JDK1.4之后）：如果该方法的累计调用次数<=15，会创建出NativeMethodAccessorImpl，它的实现就是直接调用native方法实现反射；如果该方法的累计调用次数>15，会由java代码创建出字节码组装而成的MethodAccessorImpl。（是否采用inflation和15这个数字都可以在jvm参数中调整） 以调用MyClass.myMethod(String s)为例，生成出的MethodAccessorImpl字节码翻译成Java代码大致如下：

public class GeneratedMethodAccessor1 extends MethodAccessorImpl {    
    public Object invoke(Object obj, Object[] args)  throws Exception {
        try {
            MyClass target = (MyClass) obj;
            String arg0 = (String) args[0];
            target.myMethod(arg0);
        } catch (Throwable t) {
            throw new InvocationTargetException(t);
        }
    }
}

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道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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