Java反射 Reflection

1.1 什么是 Java 的反射

    Java 反射是可以让我们在运行时获取类的函数、属性、父类、接口等 Class 内部信息的机制。通过反射还可以让我们在运行期实例化对象，调用方法，通过调用 get/set 方法获取变量的值，即使方法或属性是私有的的也可以通过反射的形式调用，这种“看透 class”的能力被称为内省，这种能力在框架开发中尤为重要。 有些情况下，我们要使用的类在运行时才会确定，这个时候我们不能在编译期就使用它，因此只能通过反射的形式来使用在运行时才存在的类(该类符合某种特定的规范，例如 JDBC)，这是反射用得比较多的场景。
    还有一个比较常见的场景就是编译时我们对于类的内部信息不可知，必须得到运行时才能获取类的具体信息。比如 ORM 框架，在运行时才能够获取类中的各个属性，然后通过反射的形式获取其属性名和值，存入数据库。这也是反射比较经典应用场景之一。

1.2 Class 类

arch.png

当我们编写完一个 Java 项目之后，所有的 Java 文件都会被编译成一个.class 文件，这些 Class 对象承载了这个类型的父类、接口、构造函数、方法、属性等原始信息，这些 class 文件在程序运行时会被 ClassLoader 加载到虚拟机中。当一个类被加载以后，Java 虚拟机就会在内存中自动产生一个 Class 对象。我们通过 new 的形式创建对象实际上就是通过这些 Class 来创建，只是这个过程对于我们是不透明的而已。

2 反射 Class 以及构造对象

2.1 获取 Class 对象

在你想检查一个类的信息之前，你首先需要获取类的 Class 对象。Java 中的所有类型包括基本类型，即使是数组都有与之关联的 Class 类的对象。如果你在编译期知道一个类的名字的话，那么你可以使用如下的方式获取一个类的 Class 对象

Class<?> myObjectClass = MyObject.class;

如果你已经得到了某个对象，但是你想获取这个对象的 Class 对象，那么你可以通过下面的方法得到:

Student me = new Student("mr.simple"); Class<?> clazz = me.getClass();

如果你在编译期获取不到目标类型，但是你知道它的完整类路径，那么你可以通过如下的形式来获取 Class 对象:

Class<?> myObjectClass = Class.forName("com.simple.User");

在使用 Class.forName()方法时，你必须提供一个类的全名，这个全名包括类所在的包的名字。例如 User 类位于 com.simple 包，那么他的完整类路径就是 com.simple.User。
如果在调用 Class.forName()方法时，没有在编译路径下(classpath)找到对应的类，那么将会抛出 ClassNotFoundException。

接口说明

// 加载指定的 Class 对象，参数 1 为要加载的类的完整路径，例如"com.simple.Student". ( 常用方式 )
public static Class<?> forName (String className)

// 加载指定的 Class 对象，参数 1 为要加载的类的完整路径，例如"com.simple.Student";
// 参数 2 为是否要初始化该 Class 对象，参数 3 为指定加载该类的 ClassLoader.
public static Class<?> forName (String className, boolean shouldInitialize, ClassLoader classLoader)````

#####2.2 通过 Class 对象构造目标类型的对象
一旦你拿到 Class 对象之后，你就可以为所欲为了！当你善用它的时候它就是神兵利器，当你心怀鬼胎之时它就会变成恶魔。但获取 Class 对象只是第一步，我们需要在执行那些强大的行为之前通过 Class 对象构造出该类型的对象，然后才能通过该对象释放它的能量。 我们知道，在 java 中要构造对象，必须通过该类的构造函数，那么其实反射也是一样一样的。但是它们确实有区别的，通过反射构造对象，我们首先要获取类的 Constructor(构造器)对象，然后通过 Constructor 来创建目标类的对象。还是直接上代码的。

private static void classForName() {
try {
// 获取 Class 对象
Class<?> clz = Class.forName("org.java.advance.reflect.Student");
// 通过 Class 对象获取 Constructor，Student 的构造函数有一个字符串参数
// 因此这里需要传递参数的类型 ( Student 类见后面的代码 )
Constructor<?> constructor = clz.getConstructor(String.class);
// 通过 Constructor 来创建 Student 对象
Object obj = constructor.newInstance("mr.simple");
System.out.println(" obj : " + obj.toString());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}````
通过上述代码，我们就可以在运行时通过完整的类名来构建对象。

获取构造函数接口

// 获取一个公有的构造函数，参数为可变参数，如果构造函数有参数，那么需要将参数的类型传递给 getConstructor 方法
public Constructor<T> getConstructor (Class...<?> parameterTypes)
// 获取目标类所有的公有构造函数
public Constructor[]<?> getConstructors ()````

注意，当你通过反射获取到 Constructor、Method、Field 后，在反射调用之前将此对象的 accessible 标志设置为 true，以此来提升反射速度。值为 true 则指示反射的对象在使用时应该取消 Java 语言访问检查。值为 false 则指示反射的对象应该实施 Java 语言访问检查。例如 :

Constructor<?> constructor = clz.getConstructor(String.class);
// 设置 Constructor 的 Accessible
constructor.setAccessible(true);

// 设置 Methohd 的 Accessible
Method learnMethod = Student.class.getMethod("learn"， String.class);
learnMethod.setAccessible(true);````

Person.java

public class Person {
    String mName;

    public Person(String aName) {
        mName = aName;
    }

    private void sayHello(String friendName) {
        System.out.println(mName + " say hello to " + friendName);
    }

    protected void showMyName() {
        System.out.println("My name is " + mName);
    }

    public void breathe() {
        System.out.println(" take breathe ");
    }
}````

#####Student.java

public class Student extends Person implements Examination {
// 年级
int mGrade;

public Student(String aName) {
    super(aName);
}

public Student(int grade, String aName) {
    super(aName);
    mGrade = grade;
}

private void learn(String course) {
    System.out.println(mName + " learn " + course);
}

public void takeAnExamination() {
    System.out.println(" takeAnExamination ");
}

public String toString() {
    return " Student :  " + mName;
}

}````

Breathe.java

// 呼吸接口
public interface Breathe {
    public void breathe();
}````

#####Examination.java

// 考试接口
public interface Examination {
public void takeAnExamination();
}````

3 反射获取类中函数

3.1 获取当前类中定义的方法

要获取当前类中定义的所有方法可以通过 Class 中的 getDeclaredMethods 函数，它会获取到当前类中的 public、default、protected、private 的所有方法。而 getDeclaredMethod(String name, Class...<?> parameterTypes)则是获取某个指定的方法。代码示例如下 :

private static void showDeclaredMethods() {
      Student student = new Student("mr.simple");
        Method[] methods = student.getClass().getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println("declared method name : " + method.getName());
        }

        try {
            Method learnMethod = student.getClass().getDeclaredMethod("learn", String.class);
            // 获取方法的参数类型列表
            Class<?>[] paramClasses = learnMethod.getParameterTypes() ;
            for (Class<?> class1 : paramClasses) {
                System.out.println("learn 方法的参数类型 : " + class1.getName());
            }
            // 是否是 private 函数，属性是否是 private 也可以使用这种方式判断
            System.out.println(learnMethod.getName() + " is private "
                    + Modifier.isPrivate(learnMethod.getModifiers()));
            learnMethod.invoke(student, "java ---> ");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }````

#####3.2 获取当前类、父类中定义的公有方法
要获取当前类以及父类中的所有 public 方法可以通过 Class 中的 getMethods 函数，而 getMethod 则是获取某个指定的方法。代码示例如下 :

private static void showMethods() {
Student student = new Student("mr.simple");
// 获取所有方法
Method[] methods = student.getClass().getMethods();
for (Method method : methods) {
System.out.println("method name : " + method.getName());
}

    try {
        // 通过 getMethod 只能获取公有方法，如果获取私有方法则会抛出异常，比如这里就会抛异常
        Method learnMethod = student.getClass().getMethod("learn", String.class);
        // 是否是 private 函数，属性是否是 private 也可以使用这种方式判断
        System.out.println(learnMethod.getName() + " is private " + Modifier.isPrivate(learnMethod.getModifiers()));
        // 调用 learn 函数
        learnMethod.invoke(student, "java");
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}````

接口说明

// 获取 Class 对象中指定函数名和参数的函数，参数一为函数名，参数 2 为参数类型列表
public Method getDeclaredMethod (String name, Class...<?> parameterTypes)

// 获取该 Class 对象中的所有函数( 不包含从父类继承的函数 )
public Method[] getDeclaredMethods ()

// 获取指定的 Class 对象中的**公有**函数，参数一为函数名，参数 2 为参数类型列表
public Method getMethod (String name, Class...<?> parameterTypes)

// 获取该 Class 对象中的所有**公有**函数 ( 包含从父类和接口类集成下来的函数 )
public Method[] getMethods ()````
这里需要注意的是 getDeclaredMethod 和 getDeclaredMethods 包含 private、protected、default、public 的函数，并且通过这两个函数获取到的只是在**自身中定义**的函数，**从父类中集成的函数不能够获取到**。而 getMethod 和 getMethods **只包含 public 函数**，**父类中的公有函数也能够获取到**。

####4 反射获取类中的属性
#####4.1 获取当前类中定义的属性
要获取当前类中定义的所有属性可以通过 Class 中的 getDeclaredFields 函数，它会获取到当前类中的 public、default、protected、private 的所有属性。而 getDeclaredField 则是获取某个指定的属性。代码示例如下 :

private static void showDeclaredFields() {
Student student = new Student("mr.simple");
// 获取当前类和父类的所有公有属性
Field[] publicFields = student.getClass().getDeclaredFields();
for (Field field : publicFields) {
System.out.println("declared field name : " + field.getName());
}

    try {
        // 获取当前类和父类的某个公有属性
        Field gradeField = student.getClass().getDeclaredField("mGrade");
        // 获取属性值
        System.out.println(" my grade is : " + gradeField.getInt(student));
        // 设置属性值
        gradeField.set(student, 10);
        System.out.println(" my grade is : " + gradeField.getInt(student));
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}````

4.2 获取当前类、父类中定义的公有属性

要获取当前类以及父类中的所有 public 属性可以通过 Class 中的 getFields 函数，而 getField 则是获取某个指定的属性。代码示例如下 :

private static void showFields() {
        Student student = new Student("mr.simple");
        // 获取当前类和父类的所有公有属性
        Field[] publicFields = student.getClass().getFields();
        for (Field field : publicFields) {
            System.out.println("field name : " + field.getName());
        }

        try {
            // 获取当前类和父类的某个公有属性
            Field ageField = student.getClass().getField("mAge");
            System.out.println(" age is : " + ageField.getInt(student));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }````
######接口说明

// 获取 Class 对象中指定属性名的属性，参数一为属性名
public Method getDeclaredField (String name)

// 获取该 Class 对象中的所有属性( 不包含从父类继承的属性 )
public Method[] getDeclaredFields ()

// 获取指定的 Class 对象中的公有属性，参数一为属性名
public Method getField (String name)

// 获取该 Class 对象中的所有公有属性 ( 包含从父类和接口类集成下来的公有属性 )
public Method[] getFields ()````
这里需要注意的是 getDeclaredField 和 getDeclaredFields 包含 private、protected、default、public 的属性，并且通过这两个函数获取到的只是在自身中定义的属性，从父类中集成的属性不能够获取到。而 getField 和 getFields 只包含 public 属性，父类中的公有属性也能够获取到。

5 反射获取父类与接口

5.1 获取父类

获取 Class 对象的父类。

Student student = new Student("mr.simple");
    Class<?> superClass = student.getClass().getSuperclass();
    while (superClass != null) {
        System.out.println("Student's super class is : " + superClass.getName());
        // 再获取父类的上一层父类，直到最后的 Object 类，Object 的父类为 null
        superClass = superClass.getSuperclass();
    }````
#####5.2 获取接口
获取 Class 对象中实现的接口。

private static void showInterfaces() {
Student student = new Student("mr.simple");
Class<?>[] interfaceses = student.getClass().getInterfaces();
for (Class<?> class1 : interfaceses) {
System.out.println("Student's interface is : " + class1.getName());
}
}````

6 获取注解信息

在框架开发中，注解加反射的组合使用是最为常见形式的。关于注解方面的知识请参考公共技术点之 Java 注解 Annotation，定义注解时我们会通过@Target 指定该注解能够作用的类型，看如下示例:

@Target({
            ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.TYPE
    })
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    static @interface Test {

    }````
上述注解的@target 表示该注解只能用在函数上，还有 Type、Field、PARAMETER 等类型，可以参考上述给出的参考资料。通过反射 api 我们也能够获取一个 Class 对象获取类型、属性、函数等相关的对象，通过这些对象的 getAnnotation 接口获取到对应的注解信息。 首先我们需要在目标对象上添加上注解，例如 :

@Test(tag = "Student class Test Annoatation")
public class Student extends Person implements Examination {
// 年级
@Test(tag = "mGrade Test Annotation ")
int mGrade;

// ......

}````
然后通过相关的注解函数得到注解信息，如下所示 :

private static void getAnnotationInfos() {
        Student student = new Student("mr.simple");
        Test classTest = student.getClass().getAnnotation(Test.class);
        System.out.println("class Annotatation tag = " + classTest.tag());

        Field field = null;
        try {
            field = student.getClass().getDeclaredField("mGrade");
            Test testAnnotation = field.getAnnotation(Test.class);
            System.out.println("属性的 Test 注解 tag : " + testAnnotation.tag());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }````
输出结果为 : >

class Annotatation tag = Student class Test Annoatation
属性的 Test 注解 tag : mGrade Test Annotation````

接口说明

// 获取指定类型的注解
public <A extends Annotation> A getAnnotation(Class<A> annotationClass) ;
// 获取 Class 对象中的所有注解
public Annotation[] getAnnotations() ;````