Java基础反射详解

简介

反射的基本使用

获取 Class 对象的四种方式

基本使用示例

常用方法

生产中的常用方式

获取注解

SpringIoc容器的制作

反射 + 抽象工厂模式

双亲委派

反射缺点

前言-与正文无关

生活远不止眼前的苦劳与奔波，它还充满了无数值得我们去体验和珍惜的美好事物。在这个快节奏的世界中，我们往往容易陷入工作的漩涡，忘记了停下脚步，感受周围的世界。让我们一起提醒自己，要适时放慢脚步，欣赏生活中的每一道风景，享受与家人朋友的温馨时光，发现那些平凡日子里隐藏的幸福时刻。因为，这些点点滴滴汇聚起来的，才是构成我们丰富多彩生活的本质。希望每个人都能在繁忙的生活中找到自己的快乐之源，不仅仅为了生存而工作，更为了更好的生活而生活。

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简介

像咱们平时大部分时候都是在写业务代码（码农），很少会接触到直接使用反射机制的场景,起码我是很少接触。但是呢首先这个是个面试重点，其实这是个很厉害的东西，正是因为反射，你才能这么轻松地使用各种框架。像 Spring/Spring Boot、MyBatis 等等框架中都大量使用了反射机制。

反射就是在运行时才知道要操作的类是什么，并且可以在运行时获取类的完整构造，并调用对应的方法。反射能够根据类的字节码文件, 反射类的基本信息,类的成员(字段,方法,构造方法)等内容, 动态的创建对象,调用方法的技术。

反射的基本使用

Java 反射的主要组成部分有4个：

Class：任何运行在内存中的所有类都是该 Class 类的实例对象，每个 Class 类对象内部都包含了本来的所有信息。
Field：描述一个类的属性，内部包含了该属性的所有信息，例如数据类型，属性名，访问修饰符······
Constructor：描述一个类的构造方法，内部包含了构造方法的所有信息，例如参数类型，参数名字，访问修饰符······
Method：描述一个类的所有方法（包括抽象方法），内部包含了该方法的所有信息，与Constructor类似，不同之处是 Method 拥有返回值类型信息，因为构造方法是没有返回值的。

获取 Class 对象的四种方式

如果我们动态获取到这些信息，我们需要依靠 Class 对象。Class 类对象将一个类的方法、变量等信息告诉运行的程序。Java 提供了四种方式获取 Class 对象:

1. 知道具体类的情况下可以使用：

Class alunbarClass = TargetObject.class;

但是我们一般是不知道具体类的，基本都是通过遍历包下面的类来获取 Class 对象，通过此方式获取 Class 对象不会进行初始化

2. 通过 Class.forName()传入类的全路径获取：

Class alunbarClass1 = Class.forName("cn.javaguide.TargetObject");

3. 通过对象实例instance.getClass()获取：

TargetObject o = new TargetObject();
Class alunbarClass2 = o.getClass();

4. 通过类加载器xxxClassLoader.loadClass()传入类路径获取:

通过类加载器获取 Class 对象不会进行初始化，意味着不进行包括初始化等一系列步骤，静态代码块和静态对象不会得到执行

ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("cn.javaguide.TargetObject");

基本使用示例

创建一个我们要使用反射操作的类 TargetObject

package cn.javaguide;

public class TargetObject {
    private String value;

    public TargetObject() {
        value = "JavaGuide";
    }

    public void publicMethod(String s) {
        System.out.println("I love " + s);
    }

    private void privateMethod() {
        System.out.println("value is " + value);
    }
}

使用反射操作这个类的方法以及参数

package cn.javaguide;

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        /**
         * 获取 TargetObject 类的 Class 对象并且创建 TargetObject 类实例
         */
        Class<?> targetClass = Class.forName("cn.javaguide.TargetObject");
        TargetObject targetObject = (TargetObject) targetClass.newInstance();
        /**
         * 获取 TargetObject 类中定义的所有方法
         */
        Method[] methods = targetClass.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method.getName());
        }

        /**
         * 获取指定方法并调用
         */
        Method publicMethod = targetClass.getDeclaredMethod("publicMethod",
                String.class);

        publicMethod.invoke(targetObject, "JavaGuide");

        /**
         * 获取指定参数并对参数进行修改
         */
        Field field = targetClass.getDeclaredField("value");
        //为了对类中的参数进行修改我们取消安全检查
        field.setAccessible(true);
        field.set(targetObject, "JavaGuide");

        /**
         * 调用 private 方法
         */
        Method privateMethod = targetClass.getDeclaredMethod("privateMethod");
        //为了调用private方法我们取消安全检查
        privateMethod.setAccessible(true);
        privateMethod.invoke(targetObject);
    }
}

输出内容：

publicMethod
privateMethod
I love JavaGuide
value is JavaGuide

常用方法

有Declared修饰的方法：可以获取该类内部包含的所有变量、方法和构造器，但是无法获取继承下来的信息

无Declared修饰的方法：可以获取该类中public修饰的变量、方法和构造器，可获取继承下来的信息

获取类中的变量（Field）

Field[] getFields()：获取类中所有被public修饰的所有变量
Field getField(String name)：根据变量名获取类中的一个变量，该变量必须被public修饰
Field[] getDeclaredFields()：获取类中所有的变量，但无法获取继承下来的变量
Field getDeclaredField(String name)：根据姓名获取类中的某个变量，无法获取继承下来的变量

获取类中的方法（Method）

Method[] getMethods()：获取类中被public修饰的所有方法
Method getMethod(String name, Class...<?> paramTypes)：根据名字和参数类型获取对应方法，该方法必须被public修饰
Method[] getDeclaredMethods()：获取所有方法，但无法获取继承下来的方法
Method getDeclaredMethod(String name, Class...<?> paramTypes)：根据名字和参数类型获取对应方法，无法获取继承下来的方法

获取类的构造器（Constructor）

Constuctor[] getConstructors()：获取类中所有被public修饰的构造器
Constructor getConstructor(Class...<?> paramTypes)：根据参数类型获取类中某个构造器，该构造器必须被public修饰
Constructor[] getDeclaredConstructors()：获取类中所有构造器
Constructor getDeclaredConstructor(class...<?> paramTypes)：根据参数类型获取对应的构造器

new 和newInstance() 区别

newInstance():弱类型,效率低,只能调用无参构造

new():强类型,高效率,能调用任何public构造器

生产中的常用方式

举几个我们都知道例子说明他的使用

获取注解

一般你看生产项目内你自定义个注解这个可能用的比较多！

获取注解单独拧了出来，因为它并不是专属于 Class 对象的一种信息，每个变量，方法和构造器都可以被注解修饰，所以在反射中，Field，Constructor 和 Method 类对象都可以调用下面这些方法获取标注在它们之上的注解。

Annotation[] getAnnotations()：获取该对象上的所有注解
Annotation getAnnotation(Class annotaionClass)：传入注解类型，获取该对象上的特定一个注解
Annotation[] getDeclaredAnnotations()：获取该对象上的显式标注的所有注解，无法获取继承下来的注解
Annotation getDeclaredAnnotation(Class annotationClass)：根据注解类型，获取该对象上的特定一个注解，无法获取继承下来的注解

当然也是有条件的，只有注解的@Retension标注为RUNTIME时，才能够通过反射获取到该注解，@Retension 有3种保存策略：

SOURCE：只在**源文件(.java)**中保存，即该注解只会保留在源文件中，编译时编译器会忽略该注解，例如 @Override 注解
CLASS：保存在字节码文件(.class)中，注解会随着编译跟随字节码文件中，但是运行时不会对该注解进行解析
RUNTIME：一直保存到运行时，用得最多的一种保存策略，在运行时可以获取到该注解的所有信息

SpringIoc容器的制作

在 Spring 中，经常会编写一个上下文配置文件applicationContext.xml，里面就是关于bean的配置，程序启动时会读取该 xml 文件，解析出所有的 <bean>标签，并实例化对象放入IOC容器中。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <bean id="smallpineapple" class="com.bean.SmallPineapple">
        <constructor-arg type="java.lang.String" value="小菠萝"/>
        <constructor-arg type="int" value="21"/>
    </bean>
</beans>

当然springboot也是一样的原理，只不过他不用xml而是yuml文件罢了。

在定义好上面的文件后，通过ClassPathXmlApplicationContext加载该配置文件，程序启动时，Spring 会将该配置文件中的所有bean都实例化，放入 IOC 容器中，IOC 容器本质上就是一个工厂，通过该工厂传入 <bean> 标签的id属性获取到对应的实例。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext ac =
                new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
        SmallPineapple smallPineapple = (SmallPineapple) ac.getBean("smallpineapple");
        smallPineapple.getInfo(); // [小菠萝的年龄是：21]
    }
}

Spring 在实例化对象的过程经过简化之后，可以理解为反射实例化对象的步骤：

获取Class对象的构造器
通过构造器调用 newInstance() 实例化对象

当然 Spring 在实例化对象时，做了非常多额外的操作，才能够让现在的开发足够的便捷且稳定。

反射 + 抽象工厂模式

传统的工厂模式，如果需要生产新的子类，需要修改工厂类，在工厂类中增加新的分支；

public class MapFactory {
    public Map<Object, object> produceMap(String name) {
        if ("HashMap".equals(name)) {
            return new HashMap<>();
        } else if ("TreeMap".equals(name)) {
            return new TreeMap<>();
        } // ···
    }
}

反射 + 抽象工厂的核心思想是：

在运行时通过参数传入不同子类的全限定名获取到不同的 Class 对象，调用 newInstance() 方法返回不同的子类。细心的读者会发现提到了子类这个概念，所以反射 + 抽象工厂模式，一般会用于有继承或者接口实现关系。

例如，在运行时才确定使用哪一种 Map 结构，我们可以利用反射传入某个具体 Map 的全限定名，实例化一个特定的子类。

className 可以指定为 java.util.HashMap，或者 java.util.TreeMap 等等，根据业务场景来定。

public class MapFactory {
    /**
     * @param className 类的全限定名
     */
    public Map<Object, Object> produceMap(String className) {
        Class clazz = Class.forName(className);
        Map<Object, Object> map = clazz.newInstance();
        return map;
    }
}

双亲委派

反射中,还有一个非常重要的类就是 ClassLoader 类,类装载是Class类装载进JVM的，ClassLoader 使用的是双亲委托模型来搜索加载类的,这个模型也就是双亲委派模型。

反射缺点

破坏类的封装性：可以强制访问 private 修饰的信息，所谓的权限在它面前啥也不是一览无余。
性能损耗：反射相比直接实例化对象、调用方法、访问变量，中间需要非常多的检查步骤和解析步骤，JVM无法对它们优化。

虽然反射具有性能损耗的特点，但是我们不能一概而论，产生了使用反射就会性能下降的思想，反射的慢，需要同时调用上100W次才可能体现出来，在几次、几十次的调用，并不能体现反射的性能低下。所以不要一味地戴有色眼镜看反射，在单次调用反射的过程中，性能损耗可以忽略不计。如果程序的性能要求很高，那么尽量不要使用反射。

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