Java反射机制

1、概念

JAVA反射机制是在运行状态中，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方法和属性；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射机制。
换句话说，Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class，获悉其完整构造（但不包括methods定义），并生成其对象实体、或对其fields赋值、或调用其methods。

2、示例

public class Car {
    private String brand;

    private String color;

    private int maxSpeed;

    public Car(){System.out.println("init car!!");}
    public Car(String brand,String color,int maxSpeed){
        this.brand = brand;
        this.color = color;
        this.maxSpeed = maxSpeed;
    }
    
    public void introduce() {
       System.out.println("brand:"+brand+";color:"+color+";maxSpeed:"+maxSpeed);
    }

    public void setBrand(String brand) {
        this.brand = brand;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public void setMaxSpeed(int maxSpeed) {
        this.maxSpeed = maxSpeed;
    }
}

测试

public class ReflectTest {
    
    public static Car initByDefaultConst() throws Throwable{
        //①通过类加载器获取Car类对象
        ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        Class<?> clazz = loader.loadClass("com.java.reflect.Car");
        
        //②获取类的默认构造器对象并通过它实例化Car
        Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor((Class[])null);
        Car car = (Car) constructor.newInstance();
        
        //③通过反射方法设置属性
        Method setBrand = clazz.getMethod("setBrand", String.class);
        setBrand.invoke(car, "volvo XC90");
        Method setColor = clazz.getMethod("setColor", String.class);
        setColor.invoke(car, "黑色");
        Method setMaxSpeed = clazz.getMethod("setMaxSpeed", int.class);
        setMaxSpeed.invoke(car, 199);
        
        return car;
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        Car car = initByDefaultConst();
        car.introduce();
    }

}

结果

init car!!
brand:volvo XC90;color:黑色;maxSpeed:199

3、分析

以上结果与直接通过Car的构造方法赋值效果上没有差别，构造方法的方式是直接调用，反射是间接调用。
反射常用的几个反射类包括:ClassLoader、Class、Construcor和Method,通过这些类就可以间接调用目标Class了。 在①处获取当前线程的ClassLoader，然后通过指定全限定类名"com.java.reflect.Car"装载Car类对应的反射实例。在②处通过Car的反射类对象获取Car的构造方法对象constructor ，通过构造方法对象的newInstance()方法实例化Car对象，其效果等同于new Car()。在③处通过Car的反射类对象的getMethod(String methodName,Class paramClass)获取属性的Setter()方法对象，其中第一个参数是Class的方法名，第二个参数是方法的入参对象类型。获取反射对象后，通过invoke(Object obj,Object param)方法调用目标类的方法，第一个参数是操作的目标类对象实例，第二个参数是目标方法的入参。

4、反射机制

Class反射对象描述类语义结构，可以从Class对象中获取构造函数、成员变量、方法类等类元素的反射对象，并以编程的方式通过这些反射对象对目标类对象进行操作。这些反射对象类在java.reflect包中定义。以下介绍3个主要反射类。统一使用以下代码获取的Class对象为例：

  ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
  Class<?> clazz = loader.loadClass("全限定类名");

Constructor: 类的构造器反射类

• clazz.getDeclaredConstructor();接收Class类型的可变参数，以便获取对应的有参构造器，返回Constructor对象，使用该返回对象调用newInstance();方法创建反射类的实例对象，相当于new关键字。

Method: 类方法的反射类

• clazz.getDeclaredMethods();获取所有在类中声明的方法，包括private和static方法，但不包括继承自父类（未重写）的方法，返回Method数组。
• clazz.getMethods();获取所有方法，包括继承自父类的方法。
• clazz.getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes);获取指定方法，仅限在本类中声明的方法。第一个参数：方法名，传入String类型，第二个可变参数，传入需要获取方法的参数列表的参数类类型（不是类名），如：

Method setBrand = clazz.getDeclaredMethod("setBrand", String.class);

• clazz.getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes);获取指定方法，包括继承自父类的方法，参数与getDeclaredMethod();相同。
• Method常用方法：

① Class[] getParameterTypes(); 获取方法的入参类型数组
② Class getReturnTypes(); 获取方法的返回值类型
③ Class[] getExceptionTypes(); 获取方法的异常类型数组
④ Annotation[][] getParameterAnnotation(); 获取方法的注解信息

Field：类的成员变量的反射类

• clazz.getDeclaredFields();获取类的成员变量反射对象数组，仅限本类声明的成员变量；
• clazz.getDeclaredField(String name);获取类的某个特定名称的成员变量反射对象，仅限本类声明的成员变量；
• clazz.getFields();获取类的成员变量反射对象数组，包括继承自父类的成员变量；
• clazz.getField(String name);获取类的某个特定名称的成员变量反射对象，包括继承自父类的成员变量。

Field常用方法：

set(Object obj, Object value);参数obj表示操作的目标对象，即获取的Field对象，参数value 表示要给这个Field赋的值

其他
通过Class还可以获取内部类信息，
Java还提供了Package、AnnotateElement反射类。使用频率较低，自行补充。

5、类加载器ClassLoader

1、工作机制

类加载器就是寻找类的字节码文件并构造出类在JVM内部表示对象的组件。在Java中，类加载器把一个类装入JVM中需要经过以下几个步骤:

• (1)装载：查找和导入Class文件
• (2)链接：执行校验、准备和解析步骤，其中解析步骤是可以选择的
  1 校验：检查载入Class文件数据的正确性
  2 准备：给类的静态变量分配存储空间
  3 解析：将符号引用转为直接引用
• (3)初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化操作
  类装载工作由ClassLoader及其子类负责，ClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件，它负责运行时查找和装入Class字节码文件，JVM在运行时会产生三个ClassLoader：根装载器、ExtClassLoader(扩展类装载器)和AppClassLoader(应用类装载器)。其中根装载器不是ClassLoader的子类，它使用C++编写，因而在Java中看不到它，它负责装载rt.jar、charsets.jar等JRE的核心类库。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类。
  这3个类装载器之间存在父子层级关系，即根装载器是ExtClassLoader的父装载器，ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。在默认情况下，使用AppClassLoader装载应用程序的类。

2、JVM全盘负责委托机制

• 全盘负责：当一个ClassLoader装载一个类时，除非显示地使用另一个ClassLoader，该类所依赖及引用的类有这个ClassLoader负责加载。
• 委托机制：先委托父装载器寻找目标类，只有在找不到的情况下才从自己的类路径中查找并载入目标类。

3、ClassLoader的重要方法

Java中ClassLoader是一个抽象类，位于java.lang包中。
除了JVM默认的3个ClassLoader外，用户可以编写自己的第三方类装载器，以实现一些特殊的需求。

• Class loadClass(String name)： name参数指定类装载器需要装载类的名字，必须为全限定类名。 该方法有一个重载的方法，loadClass(String name,boolean resolve),resolve参数告诉类装载器是否需要解析该类。 在初始化类之前，应该考虑进行类解析的工作，但并不是所有的类都需要解析。如JVM只需要知道该类是否存在或找出该类的超类，那么就不需要进行解析。
• Class defineClass(String name,byte[] b,int off,int len)：把类文件的字节数组转换成JVM内部的java.lang.Class对象。字节数组可以从本地文件系统、远程网络获取，参数name为字节数组对应的全限定类名。
• Class findSystemClass(String name): 从本地文件系统载入Class文件。如果本地文件系统不存在该Class文件，则抛出ClassNotFoundException异常。该方法是JVM默认使用的装载机制。
• Class findLoadedClass(String name): 通过调用该方法来查看ClassLoader是否已载入某个类。如果已载入，那么返回该类的Class对象；否则返回null。如果强行装载已存在的类，那么将会抛出链接错误。
• ClassLoader getParent(): 获取类装载器的父装载器。除根装载器外，所有的类装载器都有且仅有一个父装载器。ExtClassLoader的父装载器是根装载器，因为根装载器是C++语言写的，所以无法获得，返回null。

4、说明

类文件被装载并解析后，在JVM内将拥有一个对应的java.lang.Class类描述对象，该类的实例都拥有指向这个类描述对象的引用，而类描述对象又拥有指向关联ClassLoader的引用,如下图：

ClassLoader.png

每个类在JVM中都拥有一个对应的java.lang.Class对象，它提供了类结构信息的描述。数组、枚举、注解及基本类型(int、double等)，甚至void都有对应的Class对象。Class没有public的构造方法。Class对象是在装载类时由JVM通过类装载器中的defineClass()方法自动构造的。

参考自《精通Spring4.x企业应用开发实战》