java—类反射机制

简述

反射机制允许程序在执行期间借助于Reflection API取得任何类的内部信息（如成员变量，构造器，成员方法等），并能操作对象的属性及方法。反射机制在设计模式和框架底层都能用到。

类一旦加载，在堆中会产生一个Class类型的对象，这个对象包含了类的完整结构信息。通过这个对象可以获得这个类的结构。

java反射机制相关类

java作为面向对象的编程语言，万物皆对象，在反射机制中，将类的各个成员都当做一个类的对象

①java.lang.Class:Class对象表示某个类加载后在堆中的对象
   ②java.lang.reflect.Method:代表类的方法
   ③java.lang.reflect.Field:代表类的成员变量
   ④java.lang.reflect.Constructor:代表类的构造器

反射机制优缺点

优点：可以动态的创建和使用对象，使用灵活，反射机制就是框架的底层支撑
缺点：使用反射的运行效率较慢

反射机制优化

关闭访问检查，Method，Field，Constructor均有setAccessible(boolean b)方法，作用是开启或关闭访问安全检查开关，参数为true时关闭访问检查，提高反射的效率；参数为false则表示开启访问检查

Class

①Class类也是一个类，只是类名就叫做Class，因此也继承Object类
②Class类对象不是new Class()的形式创建的，而是由系统创建
③对于某一个类的Class类对象，在内存中只有一份，因此类在内存中只加载一次
④通过Class类对象可以获取所加载类的所有接信息
⑤Class对象存放在堆中。

具有Class对象的类型

类，接口，数组，枚举，注解，基本数据类型，void

代码示例:

package com.flash.class_;

import java.io.Serializable;

/**
 * @author flash
 * @date 2024/06/18 18:08
 * 功能描述:枚举拥有 Class 对象的类型
 */
public class AllTypeClass {
    public static void main(String[] args) {
        // 类
        Class<String> cls1 = String.class;
        // 接口
        Class<Serializable> cls2 = Serializable.class;
        // 一维数组
        Class<Integer[]> cls3 = Integer[].class;
        // 二维数组
        Class<float[][]> cls4 = float[][].class;
        // 注解
        Class<Deprecated> cls5 = Deprecated.class;
        // 枚举
        Class<Thread.State> cls6 = Thread.State.class;
        // 基本数据类型
        Class<Long> cls7 = long.class;
        // void
        Class<Void> cls8 = void.class;
        // Class
        Class<Class> cls9 = Class.class;

        System.out.println("cls1 = " + cls1);
        System.out.println("cls2 = " + cls2);
        System.out.println("cls3 = " + cls3);
        System.out.println("cls4 = " + cls4);
        System.out.println("cls5 = " + cls5);
        System.out.println("cls6 = " + cls6);
        System.out.println("cls7 = " + cls7);
        System.out.println("cls8 = " + cls8);
        System.out.println("cls9 = " + cls9);
    }
}

运行结果:

类加载

基本说明:反射机制是java实现动态语言的关键, 也就是通过反射实现类动态加载
        ①静态加载:编译时加载相关的类, 如果没有直接报错, 依赖性强
        ②动态加载:运行时加载需要的类, 如果运行时没有用到该类, 即使不存在这个类也不会报错, 依赖性较弱
类加载时机:
        ①当创建对象时(new) 静态加载
        ②当子类被加载时, 父类也被加载静态加载
        ③调用类中的静态成员时静态加载
        ④反射机制动态加载

Class类对象创建方式

import com.flash.classReflex.Car;

/**
 * @author flash
 * @date 2024/06/18 16:28
 * 功能描述:演示得到 Class类 对象的各种方式
 */
public class CreateClassInstance {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 1.class.forName
        String classAllPath = "com.flash.classReflex.Car";// 通过读取配置文件获取
        Class<?> cls1 = Class.forName(classAllPath);
        System.out.println("cls1 = " + cls1);

        // 2.类名.class, 应用场景: 用于参数传递
        Class<Car> cls2 = Car.class;
        System.out.println("cls2 = " + cls2);

        // 3.通过已有类调用 getClass() 方法, getClass()获得的就是这个对象关联的 Class 的对象
        Car car = new Car();
        Class<? extends Car> cls3 = car.getClass();
        System.out.println("cls3 = " + cls3);

        // 4.通过类加载器获取到类的 Class 对象, 共4种
        // 先得到类加载器 car
        ClassLoader classLoader = car.getClass().getClassLoader();
        // 通过类加载器得到 Class 对象
        Class<?> cls4 = classLoader.loadClass(classAllPath);
        System.out.println("cls4 = " + cls4);


        // cls1, cls2, cls3, cls4 一模一样
        System.out.println("cls1.hashCode = " + cls1.hashCode());
        System.out.println("cls2.hashCode = " + cls2.hashCode());
        System.out.println("cls3.hashCode = " + cls3.hashCode());
        System.out.println("cls4.hashCode = " + cls4.hashCode());

        // 5.基本数据类型按如下方式跌倒CLass类对象
        Class<Integer> integerClass = int.class;
        Class<Character> characterClass = char.class;
        Class<Boolean> booleanClass = boolean.class;
        // 输出的还是基本数据类型, 有一个自动装箱、拆箱的过程
        System.out.println("integerClass = " + integerClass);// int
        System.out.println("characterClass = " + characterClass);// char
        System.out.println("booleanClass = " + booleanClass);// boolean

        // 6.基本数据类型对应的包装类, 可以通过 .TYPE 对到 Class类对象
        Class<Integer> type = Integer.TYPE;
        Class<Character> type1 = Character.TYPE;
        Class<Boolean> type2 = Boolean.TYPE;
        // 还是会自动装箱拆箱
        System.out.println("type = " + type);
        System.out.println("type1 = " + type1);
        System.out.println("type2 = " + type2);

        System.out.println("integerClass.hashCode = " + integerClass.hashCode());// 1163157884
        System.out.println("type.hashCode = " + type.hashCode());// 1163157884
        // 二者相等, 说明基本数据类型及他的包装类的 Class类对象 是同一个
    }
}

运行结果:

反射获取类的结构信息

代码示例：

// 测试所用类
class PersonDad {
    public String dept;

    public PersonDad() {
    }

    public PersonDad(String dept) {
        this.dept = dept;
    }

    public void dadMethod() {
    }
}

interface PersonInterface {

}

@Deprecated // 弃用注解
class Person extends PersonDad implements PersonInterface {
    // 属性
    public String name = "JSON";
    protected int age = 20;
    String job = "study";
    private double sal = -100;
    static int a;
    final int b = 10;

    public Person() {
    }

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    private Person(String dept, String job) {
        super(dept);
        this.job = job;
    }


    protected Person(String name, String job, String dept) {
        super(dept);
        this.name = name;
        this.job = job;
    }

    public Person(String dept, String name, int age, String job, double sal) {
        super(dept);
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.job = job;
        this.sal = sal;
    }

    // 方法
    public void m1(String name, int age) {
    }

    protected int m2() {
        return 0;
    }

    String m3() {
        return null;
    }

    private void m4() {
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", job='" + job + '\'' +
                ", sal=" + sal +
                ", b=" + b +
                '}';
    }
}

获取类名

package com.flash.class_;

import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

/**
 * @author flash
 * @date 2024/06/19 14:05
 * 功能描述:通过反射获取类的结构信息
 */
public class GetClassMessage {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 得到 Class 对象
        Class<?> personClass = Class.forName("com.flash.class_.Person");
        // getName:获取全类名
        System.out.println("获取全类名");
        System.out.println("name = " + personClass.getName());
        System.out.println("========================================");

        // getSimpleName:获取简单类名
        System.out.println("获取简单类名");
        System.out.println("SimpleName = " + personClass.getSimpleName());
        System.out.println("========================================");

运行结果:

获取属性

		// getFields:获取所有本类及其父类 public 修饰的属性
        System.out.println("获取所有本类及其父类 public 修饰的属性");
        for (Field field : personClass.getFields()) {
            System.out.println(field.getName());
        }
        System.out.println("========================================");

        // getDeclaredFields:获取本类所有属性, 只有本类的
        System.out.println("获取本类所有属性, 只有本类的");
        for (Field declaredField : personClass.getDeclaredFields()) {
            /*
            属性修饰符的值说明:
                默认修饰符: 0
                public: 1
                private: 2
                protected: 4
                static: 8
                final :16
                多修饰符时值相加
             */
            System.out.println(declaredField.getType().getSimpleName() + " " + declaredField.getName() + " 属性修饰符的值 = " + declaredField.getModifiers());
        }
        System.out.println("========================================");

运行结果:

获取方法

        // getMethods:获取本类及其父类 public 方法
        System.out.println("获取本类及其父类 public 方法");
        for (Method method : personClass.getMethods()) {
            System.out.println(method.getName());
        }
        System.out.println("========================================");

        // getDeclaredMethods:获取本类所有方法, 只有本类的
        System.out.println("获取本类所有方法, 只有本类的");
        for (Method declaredMethod : personClass.getDeclaredMethods()) {
            System.out.println(declaredMethod.getReturnType().getSimpleName() + " " + declaredMethod.getName() + " 方法修饰符的值 = " + declaredMethod.getModifiers());
            System.out.print("参数:");
            for (Class<?> parameterType : declaredMethod.getParameterTypes()) {
                System.out.print(parameterType.getSimpleName() + " ");
            }
            System.out.println();
        }
        System.out.println("========================================");

运行结果:

获取构造器

        // getConstructors:获取本类 public 构造器
        System.out.println("获取本类 public 构造器");
        for (Constructor<?> constructor : personClass.getConstructors()) {
            System.out.println(constructor.getName());
        }
        System.out.println("========================================");

        // getDeclaredConstructors:获取本类所有构造器
        System.out.println("获取本类所有构造器");
        for (Constructor<?> declaredConstructor : personClass.getDeclaredConstructors()) {
            System.out.println(declaredConstructor.getName());
            System.out.print("参数:");
            for (Class<?> parameterType : declaredConstructor.getParameterTypes()) {
                System.out.print(parameterType.getSimpleName() + " ");
            }
            System.out.println();
        }
        System.out.println("========================================");

运行结果:

获取包信息、父类、实现接口、注解信息

        // getPackage:获取包信息
        System.out.println("获取包信息");
        System.out.println("Package = " + personClass.getPackage());
        System.out.println("========================================");

        // getSuperclass:获取父类
        System.out.println("获取父类");
        System.out.println(personClass.getSuperclass());
        System.out.println("========================================");

        // getInterfaces:获取本类实现的接口
        System.out.println("获取本类实现的接口");
        for (Class<?> anInterface : personClass.getInterfaces()) {
            System.out.println(anInterface.getName());
        }
        System.out.println("========================================");

        // getAnnotations:获取注解信息
        System.out.println("获取注解信息");
        for (Annotation annotation : personClass.getAnnotations()) {
            System.out.println("annotation = " + annotation);
        }
    }
}

运行结果:

反射创建实例对象

package com.flash.class_;

import java.lang.reflect.Constructor;

/**
 * @author flash
 * @date 2024/06/19 15:11
 * 功能描述:通过反射创建对象
 */
public class CreateInstance {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1.获取 Person 类的 Class对象
        Class<?> userClass = Class.forName("com.flash.class_.Person");

        // 2.通过public无参构造器创建实例对象
        Object o = userClass.newInstance();
        System.out.println("o = " + o);

        // 3.通过public构造器创建实例对象
        // 3.1 创建对应构造器
        Constructor<?> constructor = userClass.getConstructor(String.class);
        /*
            此时 constructor构造器 对应
                public Person(String name) {
                    this.name = name;
                }
         */
        // 3.2 通过刚才创建的构造器对象传入实参创建对应对象
        Object o1 = constructor.newInstance("张三");
        System.out.println("o1 = " + o1);

        // 4.调用非public构造器
        // 4.1 创建对应构造器
        Constructor<?> declaredConstructor = userClass.getDeclaredConstructor(String.class, String.class);
        // 4.2 本身不能使用 私有 的构造器, 可以设置允许使用, 暂时先理解为暴力破解
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        // 4.3 创建对象
        Object o2 = declaredConstructor.newInstance("山理工", "李四");
        System.out.println("o2 = " + o2);
        System.out.println(userClass.getField("dept").get(o2));

        // 5.试一下protected
        Constructor<?> constructor1 = userClass.getDeclaredConstructor(String.class, String.class, String.class);
        // 非私有的构造方法方法不需要破解也可以使用
        Object o3 = constructor1.newInstance("老六", "happy", "打妖怪");
        System.out.println("o3 = " + o3);
        System.out.println(userClass.getField("dept").get(o3));
    }
}

运行结果:

反射访问属性

package com.flash.class_;

import java.lang.reflect.Field;

/**
 * @author flash
 * @date 2024/06/19 16:13
 * 功能描述:反射访问类中的属性及修改
 */
public class AskProperty {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> stuClass = Class.forName("com.flash.class_.Student");
        Object o = stuClass.newInstance();
        // o的运行类型已经是 Student 了
        System.out.println("o的运行类型 = " + o.getClass());
        // 使用反射得到 age 属性对象
        Field age = stuClass.getField("age");
        age.set(o, 88);
        System.out.println(o);
        // 使用反射操作 name 属性, 私有且静态
        Field name = stuClass.getDeclaredField("name");
        // 破解
        name.setAccessible(true);
        // 赋值
        name.set(null, "JSON");// 可以为 null, 因为 name 属性就是静态的
        // name.set(o, "JSON");
        // 输出
        System.out.println(o);
        // 获取单一属性
        System.out.println(name.get(o));// 获取属性 name 的值
    }
}

class Student {
    private static String name;
    public int age;

    public Student() {
    }

    private static String staticMethod() {
        System.out.println("我是私有的静态方法");
        return "私有的静态方法";
    }

    public void hi(String s) {
        System.out.println("hi~" + s);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name=" + name + ", " +
                "age=" + age +
                '}';
    }
}

运行结果:

反射调用方法

package com.flash.class_;

import java.lang.reflect.Method;

/**
 * @author flash
 * @date 2024/06/19 16:24
 * 功能描述:通过反射调用方法
 */
public class UseMethod {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> stuClass = Class.forName("com.flash.class_.Student");
        // 创建一个 Student 对象
//        Object o = stuClass.newInstance();
        Object o = stuClass.getConstructor().newInstance();

        // 调用 public 方法
        Method hi = stuClass.getMethod("hi", String.class);
//        Method hi = stuClass.getDeclaredMethod("hi", String.class);
        // 调用 对象o 的 hi 方法
        hi.invoke(o, "JSON");

        // 调用私有的静态方法
        Method staticMethod = stuClass.getDeclaredMethod("staticMethod");
        // 爆破
        staticMethod.setAccessible(true);
        // 调用方法
        Object invoke = staticMethod.invoke(null);// 返回类型统一为 Object类型, 运行类型该是什么还是什么
        System.out.println("返回值invoke运行类型: " + invoke.getClass());
        System.out.println("invoke = " + invoke);
//        System.out.println(staticMethod.invoke(o));// 因为是静态方法, 所以有没有指定对象都可以调用
    }
}

运行结果: