反射

本篇整理 Java 反射机制的基础内容：反射的概念与应用场景、Class 类与反射的原理，以及获取 Class 实例、创建对象、操作属性与方法等反射相关的常用操作。

1. Java 反射机制概述

1.1 什么是反射

Reflection（反射）被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期借助 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，所以我们形象地称之为：反射。

对比正常方式与反射方式：

• 正常的方式：引入需要的全类名 → 通过 new 实例化 → 取得实例化对象；
• 反射方式：实例化对象 → 反射相关 API → 得到完整的全类名。

关于动态语言和静态语言：

• 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发生其他结构上的变化。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，例如 Python、JavaScript、C#；
• 静态语言：与动态语言相对应，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。

1.2 反射的应用

在框架开发中，都是基于配置文件开发的。

在配置文件中配置了类，就可以通过反射得到类中的所有内容，并通过这些内容实现对象的创建、属性的修改、方法的调用。

类中的所有内容包括：

• 属性；
• 构造方法：
  • 无参构造方法；
  • 有参构造方法；
• 普通方法。

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    private String addr;

    //默认构造方法
    //带参数的构造方法
	//get和set

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

public class MyTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建对象
        Person person = new Person();
        //调用对象的方法
        person.run();
    }
}

public class MyTest2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //获取Class类的对象
        Class c1 = Class.forName("com.qfedu.test17.Person");
        //通过默认方法创建Person对象
        Object o = c1.newInstance();
        //获取Method
        Method run = c1.getMethod("run", null);
        //执行run方法
        run.invoke(o, null);
    }
}

1.3 反射涉及的类

类	说明
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

2. Class 类及反射的原理

Class 本身也是一个类，一个加载的类在 JVM 中只会有一个 Class 对象，一个 Class 对象对应的是一个加载到 JVM 中的 .class 文件。

通过 Class 可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构。Class 类是反射的根源，针对任何想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的 Class 对象。

3. 反射相关操作

3.1 获取 Class 类的实例（重点）

获取 Class 对象有三种方式：

• 类名.class：效率最高；
• 对象.getClass()；
• Class.forName("全类名")：可能出现异常。

public class MyTest3 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //获取Class类对象的三种方式
        //类名.class
        Class<Person> c1 = Person.class;
        System.out.println(c1);

        //对象.getClass() getClass()是Object类中的方法
        Person p = new Person();
        Class<? extends Person> c2 = p.getClass();
        System.out.println(c2);

        //Class.forName(全类名)
        Class<?> c3 = Class.forName("com.qfedu.test17.Person");
        System.out.println(c3);

        System.out.println(c1 == c2);
        System.out.println(c2 == c3);
    }
}

哪些类型可以有 Class 对象：

• class 类；
• interface 接口；
• [] 数组；
• enum 枚举；
• annotation 注解；
• 基本数据类型；
• void。

3.2 创建对象（重点）

要创建类的对象，通常使用 new。如果不使用 new，如何创建？可以通过反射完成。

3.2.1 操作无参数的构造方法

Object newInstance()：调用默认构造函数，返回该 Class 对象的一个实例。

public class MyTest4 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.qfedu.test17.Person");
        //操作默认的构造方法创建对象
        Object o = c.newInstance();
        //判断o是否是Person类的对象
        System.out.println(o instanceof Person);

        Person p = (Person)o;
        p.run();
    }
}

3.2.2 操作有参数的构造方法

Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)：取得本类的指定形参类型的构造器。

public class MyTest5 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.qfedu.test17.Person");
        //获取有参的构造方法
        Constructor<?> constructor = c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
        //调用有参的构造方法创建对象
        Object o = constructor.newInstance("zs", 12, "qd");
        //判断o是否是Person类的对象
        System.out.println(o instanceof Person);

        Person p = (Person)o;
        p.run();
    }
}

3.3 获取运行时类的指定结构（重点）

3.3.1 获取属性

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。

通过 Class 类的对象获取 Field：

方法	说明
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：

方法	说明
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

public class MyTest6 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.qfedu.test17.Person");
        //操作默认的构造方法创建对象
        Object o = c.newInstance();
        //判断o是否是Person类的对象
        System.out.println(o instanceof Person);

        //获取属性Field
        Field name = c.getDeclaredField("name");
        //设置允许访问
        name.setAccessible(true);
        //设置属性
        name.set(o, "Tom");
        System.out.println(o);
    }
}

3.3.2 获取方法

public class MyTest7 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.qfedu.test17.Person");
        //操作默认的构造方法创建对象
        Object o = c.newInstance();
        //判断o是否是Person类的对象
        System.out.println(o instanceof Person);

        Method method = c.getDeclaredMethod("run", null);
        //执行方法
        method.invoke(o,null);
    }
}

3.3.3 综合案例

创建配置文件，设置类和要运行的方法，通过反射的方式运行配置文件中的方法。

import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;

public class MyTest8 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //加载并解析配置文件
        Properties prop = new Properties();
        prop.load(new FileInputStream("a.properties"));

        String myclass = prop.getProperty("myclass");
        String mymethod = prop.getProperty("mymethod");

        //System.out.println(myclass);
        //System.out.println(mymethod);

        //获取Class类的对象
        Class<?> c = Class.forName(myclass);
        //创建Class类的对象的实例对象
        Object o = c.newInstance();
        //获取Method
        Method method = c.getMethod(mymethod, null);
        //执行method
        method.invoke(o,null);
    }
}

配置文件 a.properties 的内容：

myclass=com.qfedu.test17.Person
mymethod=run

3.4 获取运行时类的完整结构

运行时类的完整结构包括：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。

目标	方法
获取实现的全部接口	public Class[] getInterfaces()
获得所继承的父类	public Class getSuperclass()
获取全部的构造方法	public Constructor[] getConstructors()、public Constructor[] getDeclaredConstructors()
获取全部的方法	public Method[] getDeclaredMethods()、public Method[] getMethods()
获取全部的 Field	public Field[] getFields()、public Field[] getDeclaredFields()