一、反射机制
1.1 框架
在学习Java的路上，相信你一定使用过各种各样的框架。所谓的框架就是一个半成品软件，已经对基础的代码进行了封装并提供相应的API。在框架的基础上进行软件开发，可以简化编码。学习使用框架并不需要了解反射，但是如果想要自己写一个框架，那么就需要对反射机制有很深入的了解。
1.2 什么是反射机制？
在程序运行状态中，对于任意一个类或对象，都能够获取到这个类的所有属性和方法（包括私有属性和方法），这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能就称为反射机制。简单来讲，通过反射，类对我们是完全透明的，想要获取任何东西都可以。
1.3 反射的优点
- 可以在程序运行过程中，操作这些对象；
- 可以解耦，提高程序的可扩展性。
在学习反射以前，我们先来了解一下Java代码在计算机中所经历的三个阶段：
- Source源代码阶段：.java被编译成*.class字节码文件。
- Class类对象阶段：.class字节码文件被类加载器加载进内存，并将其封装成Class对象（用于在内存中描述字节码文件），Class对象将原字节码文件中的成员变量抽取出来封装成数组Field[],将原字节码文件中的构造函数抽取出来封装成数组Construction[]，将成员方法封装成数组Method[]。当然Class类内不止这三个，还封装了很多，我们常用的就这三个。
- RunTime运行时阶段：使用new创建对象的过程。
二、获取Class对象
2.1 获取Class对象的三种方式
- 【Source源代码阶段】 Class.forName(“全类名”)：将字节码文件加载进内存，返回Class对象；
多用于配置文件，将类名定义在配置文件中，通过读取配置文件加载类。 - 【Class类对象阶段】 类名.class：通过类名的属性class获取；
多用于参数的传递 - 【Runtime运行时阶段】对象.getClass()：此方法是定义在Objec类中的方法，因此所有的类都会继承此方法。
多用于对象获取字节码的方式
2.2 方法演示
public class getClass {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//方式一：Class.forName("全类名");
Class class1 = Class.forName("zzuli.edu.cn.Person"); //Person自定义实体类
System.out.println("class1 = " + class1);
//方式二：类名.class
Class class2 = Person.class;
System.out.println("class2 = " + class2);
//方式三：对象.getClass();
Person person = new Person();
Class class3 = person.getClass();
System.out.println("class3 = " + class3);
//比较三个对象
System.out.println(class1 == class2); //true
System.out.println(class1 == class3); //true
}
}
运行结果：
通过上述比较三个对象的结果可以得出一个结论：同一个字节码文件(*.class)在一次程序运行过程中，只会被加载一次，无论通过哪一种方式获取的Class对象都是同一个。
三、 Class对象的功能
3.1 获取功能
这里只写出一些常用的，具体可以参看jdk的帮助文档。
- 获取成员变量
Field[] getFields() //获取所有public修饰的成员变量
Field getField(String name) //获取指定名称的public修饰的成员变量
Field[] getDeclaredFields() //获取所有的成员变量，不考虑修饰符
Field getDeclaredField(String name) //获取指定的成员变量，不考虑修饰符
- 获取构造方法
Constructor<?>[] getConstructors() //获取所有public修饰的构造函数
Constructor<T> getConstructor(类<?>... parameterTypes) //获取指定的public修饰的构造函数
Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() //获取所有的构造函数，不考虑修饰符
Constructor<T> getDeclaredConstructor(类<?>... parameterTypes) //获取指定的构造函数，不考虑修饰符
- 获取成员方法
Method[] getMethods() //获取所有public修饰的成员方法
Method getMethod(String name, 类<?>... parameterTypes) //获取指定名称的public修饰的成员方法
Method[] getDeclaredMethods() //获取所有的成员方法，不考虑修饰符
Method getDeclaredMethod(String name, 类<?>... parameterTypes) //获取指定名称的成员方法，不考虑修饰符
- 获取全类名
String getName()
3.2 Field：成员变量
- （1）设置值 void set(Object obj, Object value)
- （2）获取值 get(Object obj)
- （3）忽略访问权限修饰符的安全检查 setAccessible(true):暴力反射
3.2.1 测试的实体类
import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;
@Setter
@Getter
@ToString
public class Person {
public String a; //最大范围public
protected String b; //受保护类型
String c; //默认的访问权限
private String d; //私有类型
}
3.2.2 测试getFields和getField(String name)方法
public class reflectDemo1{
public static void main(String[] args) throws Exception {
//获取Person的Class对象
Class personClass = Person.class;
//1、Field[] getFields()获取所有public修饰的成员变量
Field[] fields = personClass.getFields();
for(Field field : fields){
System.out.println(field);
}
System.out.println("=============================");
//2.Field getField(String name) 获取指定名称的public修饰的成员变量
Field a = personClass.getField("a");
//获取成员变量a的值 [也只能获取公有的，获取私有的或者不存在的字符会抛出异常]
Person p = new Person();
Object value = a.get(p);
System.out.println("value = " + value);//因为在Person类中a没有赋值，所以为null
//设置成员变量a的属性值
a.set(p,"张三");
System.out.println(p);
}
}
运行结果：
3.2.3 测试 getDeclaredFields 和 getDeclaredField(String name)方法
public class reflectDemo2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//获取Person的Class对象
Class personClass = Person.class;
//Field[] getDeclaredFields()：获取所有的成员变量，不考虑修饰符
Field[] declaredFields = personClass.getDeclaredFields();
for(Field filed : declaredFields){
System.out.println(filed);
}
System.out.println("===================================");
//Field getDeclaredField(String name) //获取指定的成员变量，不考虑修饰符
Field d = personClass.getDeclaredField("d"); //private String d;
Person p = new Person();
//Object value1 = d.get(p); //如果直接获取会抛出异常，因为对于私有变量虽然能会获取到，但不能直接set和get，必须忽略访问权限修饰符的安全检查后才可以
//System.out.println("value1 = " + value1);
//忽略访问权限修饰符的安全检查，又称为暴力反射
d.setAccessible(true);
Object value2 = d.get(p);
System.out.println("value2 = " + value2);
}
}
运行结果
注意：如果没有忽略访问修饰符直接访问会抛出如下所示的异常
3.3 Constructor:构造方法
创建对象：T newInstance(Object… initargs)
注意：如果使用空参数构造方法创建对象，操作可以简化：直接使用Class对象的newInstance方法。
3.3.1 修改测试的实体类
import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;
@Setter
@Getter
@ToString
public class Person {
private String name;
private Integer age;
//无参构造函数
public Person() {
}
//单个参数的构造函数，且为私有构造方法
private Person(String name){
}
//有参构造函数
public Person(String name, Integer age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
}
3.3.2 测试获取构造函数的方法
public class reflectDemo3 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//获取Person的Class对象
Class personClass = Person.class;
//Constructor<?>[] getConstructors() //获取所有public修饰的构造函数
Constructor[] constructors = personClass.getConstructors();
for(Constructor constructor : constructors){
System.out.println(constructor);
}
System.out.println("==========================================");
//获取无参构造函数 注意：Person类中必须要有无参的构造函数，不然抛出异常
Constructor constructor1 = personClass.getConstructor();
System.out.println("constructor1 = " + constructor1);
//使用获取到的无参构造函数创建对象
Object person1 = constructor1.newInstance();
System.out.println("person1 = " + person1);
System.out.println("==========================================");
//获取有参的构造函数 //public Person(String name, Integer age) 参数类型顺序要与构造函数内一致，且参数类型为字节码文件类型
Constructor constructor2 = personClass.getConstructor(String.class,Integer.class);
System.out.println("constructor2 = " + constructor2);
//使用获取到的有参构造函数创建对象
Object person2 = constructor2.newInstance("zhangsan", 22); //获取的是有参的构造方法，就必须要指定参数
System.out.println(person2);
System.out.println("=========================================");
//对于一般的无参构造函数，我们都不会先获取无参构造器之后在进行初始化,而是直接调用Class类内的newInstance()方法
Object person3 = personClass.newInstance();
System.out.println("person3 = " + person3);
}
}
运行结果：
总结：如果使用无参构造方法创建对象，操作可以进行简化：直接使用Class对象的newInstance方法创建即可。
对于多出个Declared关键词的两个方法，与不带这个词的两个方法的对比，与之前3.2叙述的一样，getDeclaredConstructor方法可以获取到任何访问权限的构造器，而getConstructor方法只能获取public修饰的构造器，具体不再测试。此外在构造器的对象内也有setAccessible(true)方法，把它设置成true就可以操作了。
3.4 Method：方法对象
- 执行方法：Object invoke(Object obj, Object… args)
3.4.1 修改测试的实体类
import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;
@Setter
@Getter
@ToString
public class Person {
private String name;
private Integer age;
//无参构造函数
public Person() {
}
//有参构造函数
public Person(String name, Integer age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
//无参方法
public void eat(){
System.out.println("eat...");
}
//重载有参方法
public void eat(String food){
System.out.println("eat..."+food);
}
}
3.4.2 测试获取成员方法的方法
public class reflectDemo4 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//获取Person的Class对象
Class personClass = Person.class;
//获取指定名称的方法
Method eat_method1 = personClass.getMethod("eat");
//执行方法
Person person = new Person();
Object rtValue = eat_method1.invoke(person);//如果方法有返回值类型可以获取到，没有就为null
//因为eat方法没有返回值，故输出null
System.out.println("rtValue = " + rtValue);
System.out.println("--------------------------------------------");
//获取有参的函数，有两个参数：第一个参数为方法名，第二个参数是获取方法的参数类型的字节码文件
Method eat_method2 = personClass.getMethod("eat", String.class);
//执行方法
eat_method2.invoke(person,"苹果");
System.out.println("============================================");
//获取方法列表
Method[] methods = personClass.getMethods();
for(Method method : methods){ //注意：获取到的方法不仅仅是Person类内自己的方法
System.out.println(method); //继承Object中的方法也会被获取到（当然前提是public修饰的）
}
}
}
运行结果
我们可以看出Person内的public方法都被打印出来了，此外Object中的public方法也都被打印出来了。
同之前的叙述一样，带有Declared关键字的方法这两个方法，可以获取到任意修饰符的方法。同样也提供了setAccessible(true)方法进行暴力反射。
综上所述：在反射面前没有公有私有，都可以通过暴力反射解决。
3.5 获取全类名
getName()方法获取的类名是全类名（带有路径）
public class getNameDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//获取Person的Class对象
Class personClass = Person.class;
//获取全类名
String className = personClass.getName();
System.out.println(className);
}
}
运行结果
四、反射机制的应用案例
4.1 案例分析
4.1.1 需求
写一个"框架"，在不改变该类的任何代码的前提下，可以帮我们创建任意类的对象，并且执行其中的任意方法。
4.1.2 实现
（1）配置文件
（2）反射机制
4.1.3 步骤
（1）将需要创建的对象的全类名和需要执行的方法定义在配置文件中
（2）在程序中加载读取配置文件
（3）使用反射技术把类文件加载进内存
（4）创建对象
（5）执行方法
4.2 代码实现
4.2.1 需要的实体类
(1)Person类
public class Person {
//无参方法
public void eat(){
System.out.println("eat...");
}
}
(2)Student类
public class Student {
//无参方法
public void study(){
System.out.println("I am a Student");
}
}
4.2.2 编写配置文件
className = zzuli.edu.cn.Person
methodName = eat
4.2.3 实现框架
public class ReflectTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1.加载配置文件
//1.1创建Properties对象
Properties pro = new Properties();
//1.2加载配置文件
//1.2.1获取class目录下的配置文件(使用类加载器)
ClassLoader classLoader = ReflectTest.class.getClassLoader();
InputStream inputStream = classLoader.getResourceAsStream("pro.properties");
pro.load(inputStream);
//2.获取配置文件中定义的数据
String className = pro.getProperty("className");
String methodName = pro.getProperty("methodName");
//3.加载该类进内存
Class cls = Class.forName(className);
//4.创建对象
Object obj = cls.newInstance();
//5.获取方法对象
Method method = cls.getMethod(methodName);
//6.执行方法
method.invoke(obj);
}
}
4.2.4 运行结果
4.2.5 修改配置文件，再次运行
//将配置文件内的信息修改为Student类及类内的study方法
className = zzuli.edu.cn.Student
methodName = study
运行结果
优点：对于框架来说，已经对基础的代码进行了封装并提供相应的API。在框架的基础上进行软件开发，可以简化编码。但如果我们使用传统的new形式来实例化，那么当类更改时我们就要修改Java代码，这是很繁琐的。修改Java代码以后我们还要进行重新编译、测试、发布等一系列的操作。而如果我们仅仅只是修改配置文件，而不需要修改Java代码就简单的多。此外使用反射还能达到解耦的效果，如果我们使用的是new这种形式进行对象的实例化。此时如果在项目的某一个小模块中我们的一个实例类丢失了，那么在编译期间就会报错，会导致整个项目无法启动。而对于反射创建对象Class.forName(“全类名”)这种形式，我们在编译期需要的仅仅只是一个字符串（全类名），在编译期不会报错，这样其他的模块就可以正常的运行，而不会因为一个模块的问题导致整个项目崩溃。
如果你认真看完了这篇文章，反射就应该掌握的差不多了，在接下来的几篇文章中，我会使用反射来实现热加载、反编译，并且使用反射来简单封装一个Spring框架和MyBatis框架。如果想要对反射机制有更深入的了解，可以看后续的文章。
