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浅析java反射机制（详解）

前言

在 Java中，反射机制（Reflection）非常重要，但对于很多开发者来说，这并不容易理解，甚至觉得有点神秘~在此，我将献上一份 Java反射机制的个人粗略见解，希望你们会喜欢。 

反射介绍 

 Reflection(反射) 是 Java 程序开发语言的特征之一，它允许运行中的 Java 程序对自身进行检查，动态地获取和操作Java类、对象、方法和成员变量等信息。Java反射可以帮助我们在程序运行时，通过反射API动态地创建对象、调用方法、访问成员变量等，从而实现一些通用、灵活的编程功能。被private封装的资源只能类内部访问，外部是不行的，但反射能直接操作类私有属性。（Java语言中 一种 动态（运行时）访问、检测 、 修改它本身的能力）

反射的基本原理

反射的基本原理

 Java反射的基本原理是通过JavaJVM类加载机制加载目标类，然后通过Java反射API动态地获取该类的信息。Java反射的核心是反射API，反射API是Java提供的一组类和接口，用于获取和操作Java类、对象、方法和成员变量等信息。反射API主要由以下几个类和接口组成：

  1. Class类：代表Java中的类，可以获取类的信息、创建对象等。

  2. Constructor类：代表Java中的构造方法，可以获取构造方法的信息、创建对象等。

  3. Method类：代表Java中的方法，可以获取方法的信息、调用方法等。

  4. Field类：代表Java中的成员变量，可以获取成员变量的信息、修改变量值等。

反射的特点 

优点：

  1. 动态性：Java反射机制可以在程序运行时动态地获取和操作类、对象、方法和成员变量等信息，使得程序具有更大的灵活性和可扩展性。

  2. 通用性：Java反射机制可以适用于各种类型的Java对象，包括自定义类、标准类和第三方类库等，使得程序可以在不了解对象具体实现细节的情况下，对其进行操作。

  3. 可扩展性：Java反射机制可以通过动态地加载和卸载类，使得程序可以动态地添加和删除类，从而实现更加灵活的编程功能。

 注（解释）

编译方式说明： 
1. 静态编译：在编译时确定类型和绑定对象。如常见的使用new关键字创建对象 。
2. 动态编译：运行时确定类型和绑定对象。动态编译体现了Java的灵活性、多态特性和降低类之间的藕合性。

缺点：

  1. 性能问题：Java反射机制是通过解析类文件来获取类信息的，这比直接调用方法和访问变量的性能要慢，特别是在需要频繁访问和操作对象时，反射机制会影响程序的性能，因为反射的操作主要通过JVM执行，所以时间成本会高于直接执行相同操作

  2. 安全问题：Java反射机制可以访问私有方法和成员变量等，这可能会破坏程序的封装性和安全性。因此，在使用反射机制时需要格外小心，确保程序的安全性。

  3. 可读性问题：Java反射机制的代码通常比直接调用方法和访问变量的代码更加复杂和难以理解，这可能会降低程序的可读性和可维护性。

反射的具体使用 

实现思路：

反射就是把java类中的各种成分映射成一个个的Java对象，加载的时候：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。
例如：一个类有：成员变量、方法、构造方法、包等等信息，利用反射技术可以对一个类进行解剖，把一个个组成部分映射成一个个对象。（其实：一个类中这些成员方法、构造方法、在加入类中都有一个类来描述）

java反射机制提供的功能：

获取一个类的所有成员变量和方法(包含有参和无参构造器)

创建一个对象，获取这个对象所具有的成员变量、进行赋值
创建一个对象，调用这个对象所具有的方法(包含有参和无参构造器)
创建一个对象，判断这个对象所属的类

 反射的实现

反射机制的实现主要通过操作java.lang.Class类
定义：java.lang.Class类是反射机制的基础
作用：存放着对应类型对象的 运行时信息


在Java程序运行时，Java虚拟机为所有类型维护一个java.lang.Class对象
该Class对象存放着所有关于该对象的 运行时信息
泛型形式为Class<T>

每种类型的Class对象只有1个 = 地址只有1个

反射实现的主要步骤 

在使用Java反射机制时，主要步骤包括： 
1. 获取 目标类型的Class对象 
2. 通过 Class 对象分别获取Constructor类对象、Method类对象 & Field 类对象 
3. 通过 Constructor类对象、Method类对象 & Field类对象分别获取类的构造函数、方法&属性的具体信息，并进行后续操作

步骤1：获取 目标类型的Class对象 

// 获取 目标类型的`Class`对象的方式主要有4种

<-- 方式1：Object.getClass() -->
    // Object类中的getClass()返回一个Class类型的实例 
    Boolean carson = true; 
    Class<?> classType = carson.getClass(); 
    System.out.println(classType);
    // 输出结果：class java.lang.Boolean  

<-- 方式2：T.class 语法    -->
    // T = 任意Java类型
    Class<?> classType = Boolean.class; 
    System.out.println(classType);
    // 输出结果：class java.lang.Boolean  
    // 注：Class对象表示的是一个类型，而这个类型未必一定是类
    // 如，int不是类，但int.class是一个Class类型的对象

<-- 方式3：static method Class.forName   -->
    Class<?> classType = Class.forName("java.lang.Boolean"); 
    // 使用时应提供异常处理器
    System.out.println(classType);
    // 输出结果：class java.lang.Boolean  

<-- 方式4：TYPE语法  -->

    Class<?> classType = Boolean.TYPE; 
    System.out.println(classType);
    // 输出结果：boolean

注：其中第三种最安全，性能最好

此处就不额外讲java.lang.reflect.Type类，可以参考本人java专栏的另一篇讲解java.lang.reflect.Type类的推文

步骤2：通过 Class 对象分别获取Constructor类对象、Method类对象 和 Field 类对象

// 即以下方法都属于`Class` 类的方法。

<-- 1. 获取类的构造函数（传入构造函数的参数类型）->>
  // a. 获取指定的构造函数 （公共 / 继承）
  Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)
  // b. 获取所有的构造函数（公共 / 继承） 
  Constructor<?>[] getConstructors(); 
  // c. 获取指定的构造函数 （ 不包括继承）
  Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) 
  // d. 获取所有的构造函数（ 不包括继承）
  Constructor<?>[] getDeclaredConstructors(); 
// 最终都是获得一个Constructor类对象

// 特别注意：
  // 1. 不带 "Declared"的方法支持取出包括继承、公有（Public） & 不包括有（Private）的构造函数
  // 2. 带 "Declared"的方法是支持取出包括公共（Public）、保护（Protected）、默认（包）访问和私有（Private）的构造方法，但不包括继承的构造函数
  // 下面同理

<--  2. 获取类的属性（传入属性名） -->
  // a. 获取指定的属性（公共 / 继承）
   Field getField(String name) ;
  // b. 获取所有的属性（公共 / 继承）
   Field[] getFields() ;
  // c. 获取指定的所有属性 （不包括继承）
   Field getDeclaredField(String name) ；
  // d. 获取所有的所有属性 （不包括继承）
   Field[] getDeclaredFields() ；
// 最终都是获得一个Field类对象

<-- 3. 获取类的方法（传入方法名 & 参数类型）-->
  // a. 获取指定的方法（公共 / 继承）
    Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) ；
  // b. 获取所有的方法（公共 / 继承）
   Method[] getMethods() ；
  // c. 获取指定的方法 （ 不包括继承）
   Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) ；
  // d. 获取所有的方法（ 不包括继承）
   Method[] getDeclaredMethods() ；
// 最终都是获得一个Method类对象

<-- 4. Class类的其他常用方法 -->
getSuperclass(); 
// 返回父类

String getName(); 
// 作用：返回完整的类名（含包名，如java.lang.String ） 

Object newInstance(); 
// 作用：快速地创建一个类的实例
// 具体过程：调用默认构造器（若该类无默认构造器，则抛出异常 
// 注：若需要为构造器提供参数需使用java.lang.reflect.Constructor中的newInstance（）

步骤3：通过 Constructor类对象、Method类对象 & Field类对象分别获取类的构造函数、方法 、属性的具体信息并进行操作

// 即以下方法都分别属于`Constructor`类、`Method`类 & `Field`类的方法。

<-- 1. 通过Constructor 类对象获取类构造函数信息 -->
  String getName()；// 获取构造器名
  Class getDeclaringClass()；// 获取一个用于描述类中定义的构造器的Class对象
  int getModifiers()；// 返回整型数值，用不同的位开关描述访问修饰符的使用状况
  Class[] getExceptionTypes()；// 获取描述方法抛出的异常类型的Class对象数组
  Class[] getParameterTypes()；// 获取一个用于描述参数类型的Class对象数组

<-- 2. 通过Field类对象获取类属性信息 -->
  String getName()；// 返回属性的名称
  Class getDeclaringClass()； // 获取属性类型的Class类型对象
  Class getType()；// 获取属性类型的Class类型对象
  int getModifiers()； // 返回整型数值，用不同的位开关描述访问修饰符的使用状况
  Object get(Object obj) ；// 返回指定对象上 此属性的值
  void set(Object obj, Object value) // 设置 指定对象上此属性的值为value

<-- 3. 通过Method 类对象获取类方法信息 -->
  String getName()；// 获取方法名
  Class getDeclaringClass()；// 获取方法的Class对象 
  int getModifiers()；// 返回整型数值，用不同的位开关描述访问修饰符的使用状况
  Class[] getExceptionTypes()；// 获取用于描述方法抛出的异常类型的Class对象数组
  Class[] getParameterTypes()；// 获取一个用于描述参数类型的Class对象数组

<--额外：java.lang.reflect.Modifier类 -->
// 作用：获取访问修饰符

static String toString(int modifiers)   
// 获取对应modifiers位设置的修饰符的字符串表示

static boolean isXXX(int modifiers) 
// 检测方法名中对应的修饰符在modifiers中的值
//获取包名、类名
clazz.getPackage().getName()//包名
clazz.getSimpleName()//类名
clazz.getName()//完整类名
 
//获取成员变量定义信息
getFields()//获取所有公开的成员变量,包括继承变量
getDeclaredFields()//获取本类定义的成员变量,包括私有,但不包括继承的变量
getField(变量名)
getDeclaredField(变量名)
 
//获取构造方法定义信息
getConstructor(参数类型列表)//获取公开的构造方法
getConstructors()//获取所有的公开的构造方法
getDeclaredConstructors()//获取所有的构造方法,包括私有
getDeclaredConstructor(int.class,String.class)
 
//获取方法定义信息
getMethods()//获取所有可见的方法,包括继承的方法
getMethod(方法名,参数类型列表)
getDeclaredMethods()//获取本类定义的的方法,包括私有,不包括继承的方法
getDeclaredMethod(方法名,int.class,String.class)
 
//反射新建实例
clazz.newInstance();//执行无参构造创建对象
clazz.newInstance(222,"韦小宝");//执行有参构造创建对象
clazz.getConstructor(int.class,String.class)//获取构造方法
 
//反射调用成员变量
clazz.getDeclaredField(变量名);//获取变量
clazz.setAccessible(true);//使私有成员允许访问
f.set(实例,值);//为指定实例的变量赋值,静态变量,第一参数给null
f.get(实例);//访问指定实例变量的值,静态变量,第一参数给null
 
//反射调用成员方法
Method m = Clazz.getDeclaredMethod(方法名,参数类型列表);
m.setAccessible(true);//使私有方法允许被调用
m.invoke(实例,参数数据);//让指定实例来执行该方法

应用场景

常用的需求场景有：

  1. 动态代理：Java反射可以用来实现动态代理，通过代理类动态地生成目标类的实例并调用其中的方法。

  2. 注解处理：Java反射可以用来处理注解，通过反射API获取目标类的注解信息，并根据注解信息进行相应的处理。

  3. 单元测试：Java反射可以用来编写单元测试，通过反射API动态地调用目标类的方法，实现单元测试的自动化。

  4. 框架开发：Java反射可以用来实现框架的开发，通过反射API获取目标类的信息并根据信息进行相应的处理，从而实现框架的扩展性和灵活性。

  5. java jdbc数据库操作（数据库专栏有相关文章）

悦读

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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