Java中的反射機制詳解
一、什麼是反射？
（1）Java反射機制的核心是在程序運行時動態加載類並獲取類的詳細信息，從而操作類或對象的屬性和方法。本質是JVM得到class對象之後，再通過class對象進行反編譯，從而獲取對象的各種信息。
（2）Java屬於先編譯再運行的語言，程序中對象的類型在編譯期就確定下來瞭，而當程序在運行時可能需要動態加載某些類，這些類因為之前用不到，所以沒有被加載到JVM。通過反射，可以在運行時動態地創建對象並調用其屬性，不需要提前在編譯期知道運行的對象是誰。
二、為什麼要用反射
首先，我們擁有一個接口 X 及其方法 test，和兩個對應的實現類 A、B：
public class Test {
interface X {
public void test();
}
class A implements X{
@Override
public void test() {
System.out.println("I am A");
}
}
class B implements X{
@Override
public void test() {
System.out.println("I am B");
}
}
通常情況下，我們需要使用哪個實現類就直接 new 一個就好瞭，看下面這段代碼：
public class Test {
......
public static void main(String[] args) {
X a = create1("A");
a.test();
X b = create1("B");
b.test();
}
public static X create1(String name){
if (name.equals("A")) {
return new A();
} else if(name.equals("B")){
return new B();
}
return null;
}
}
按照上面這種寫法，如果有成百上千個不同的 X 的實現類需要創建，那我們豈不是就需要寫上千個 if 語句來返回不同的 X 對象？
我們來看看看反射機制是如何做的：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
X a = create2("A");
a.test();
X b = create2("B");
b.testReflect();
}
// 使用反射機制
public static X create2(String name){
Class<?> class = Class.forName(name);
X x = (X) class.newInstance();
return x;
}
}
向 create2() 方法傳入包名和類名，通過反射機制動態的加載指定的類，然後再實例化對象。
看完上面這個例子，相信諸位對反射有瞭一定的認識。反射擁有以下四大功能：
- 在運行時（動態編譯）獲知任意一個對象所屬的類。
- 在運行時構造任意一個類的對象。
- 在運行時獲知任意一個類所具有的成員變量和方法。
- 在運行時調用任意一個對象的方法和屬性。
上述這種動態獲取信息、動態調用對象的方法的功能稱為 Java 語言的反射機制。
三、Class類
要想理解反射，首先要理解 Class 類，因為 Class 類是反射實現的基礎。
在程序運行期間，JVM 始終為所有的對象維護一個被稱為運行時的類型標識，這個信息跟蹤著每個對象所屬的類的完整結構信息，包括包名、類名、實現的接口、擁有的方法和字段等。可以通過專門的 Java 類訪問這些信息，這個類就是 Class 類。我們可以把 Class 類理解為類的類型，一個 Class 對象，稱為類的類型對象，一個 Class 對象對應一個加載到 JVM 中的一個 .class 文件。
在通常情況下，一定是先有類再有對象。以下面這段代碼為例，類的正常加載過程是這樣的：
import java.util.Date; // 先有類
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Date date = new Date(); // 後有對象
System.out.println(date);
}
}
首先 JVM 會將你的代碼編譯成一個 .class 字節碼文件，然後被類加載器（Class Loader）加載進 JVM 的內存中，同時會創建一個 Date 類的 Class 對象存到堆中（註意這個不是 new 出來的對象，而是類的類型對象）。JVM 在創建 Date 對象前，會先檢查其類是否加載，尋找類對應的 Class 對象，若加載好，則為其分配內存，然後再進行初始化 new Date()。
需要註意的是，每個類隻有一個 Class 對象，也就是說如果我們有第二條 new Date() 語句，JVM 不會再生成一個 Date 的 Class 對象，因為已經存在一個瞭。這也使得我們可以利用 == 運算符實現兩個類對象比較的操作：
System.out.println(date.getClass() == Date.getClass()); // true
那麼在加載完一個類後，堆內存的方法區就產生瞭一個 Class 對象，這個對象就包含瞭完整的類的結構信息，我們可以通過這個 Class 對象看到類的結構，就好比一面鏡子。所以我們形象的稱之為：反射。
說的再詳細點，再解釋一下。上文說過，在通常情況下，一定是先有類再有對象，我們把這個通常情況稱為 “正”。那麼反射中的這個 “反” 我們就可以理解為根據對象找到對象所屬的類（對象的出處）
Date date = new Date(); System.out.println(date.getClass()); // "class java.util.Date"
通過反射，也就是調用瞭 getClass() 方法後，我們就獲得瞭 Date 類對應的 Class 對象，看到瞭 Date 類的結構，輸出瞭 Date 對象所屬的類的完整名稱，即找到瞭對象的出處。當然，獲取 Class 對象的方式不止這一種。
四、獲取 Class 類對象的四種方式
從 Class 類的源碼可以看出，它的構造函數是私有的，也就是說隻有 JVM 可以創建 Class 類的對象，我們不能像普通類一樣直接 new 一個 Class 對象。
我們隻能通過已有的類來得到一個 Class類對象，Java 提供瞭四種方式：
第一種：知道具體類的情況下可以使用：
Class alunbarClass = TargetObject.class;
但是我們一般是不知道具體類的，基本都是通過遍歷包下面的類來獲取 Class 對象，通過此方式獲取 Class 對象不會進行初始化。
第二種：通過 Class.forName()傳入全類名獲取：
Class alunbarClass1 = Class.forName("com.xxx.TargetObject");
這個方法內部實際調用的是 forName0：
第 2 個 boolean 參數表示類是否需要初始化，默認是需要初始化。一旦初始化，就會觸發目標對象的 static 塊代碼執行，static 參數也會被再次初始化。
第三種：通過對象實例 instance.getClass() 獲取：
Date date = new Date(); Class alunbarClass2 = date.getClass(); // 獲取該對象實例的 Class 類對象
第四種：通過類加載器 xxxClassLoader.loadClass() 傳入類路徑獲取
class clazz = ClassLoader.LoadClass("com.xxx.TargetObject");
通過類加載器獲取 Class 對象不會進行初始化，意味著不進行包括初始化等一些列步驟，靜態塊和靜態對象不會得到執行。這裡可以和 forName 做個對比。
五. 通過反射構造一個類的實例
上面我們介紹瞭獲取 Class 類對象的方式，那麼成功獲取之後，我們就需要構造對應類的實例。下面介紹三種方法，第一種最為常見，最後一種大傢稍作瞭解即可。
① 使用 Class.newInstance
舉個例子：
Date date1 = new Date(); Class alunbarClass2 = date1.getClass(); Date date2 = alunbarClass2.newInstance(); // 創建一個與 alunbarClass2 具有相同類類型的實例
創建瞭一個與 alunbarClass2 具有相同類類型的實例。
需要註意的是，newInstance方法調用默認的構造函數（無參構造函數）初始化新創建的對象。如果這個類沒有默認的構造函數， 就會拋出一個異常。
② 通過反射先獲取構造方法再調用
由於不是所有的類都有無參構造函數又或者類構造器是 private 的，在這樣的情況下，如果我們還想通過反射來實例化對象，Class.newInstance 是無法滿足的。
此時，我們可以使用 Constructor 的 newInstance 方法來實現，先獲取構造函數，再執行構造函數。
從上面代碼很容易看出，Constructor.newInstance 是可以攜帶參數的，而 Class.newInstance 是無參的，這也就是為什麼它隻能調用無參構造函數的原因瞭。
大傢不要把這兩個 newInstance 方法弄混瞭。如果被調用的類的構造函數為默認的構造函數，采用Class.newInstance() 是比較好的選擇， 一句代碼就 OK；如果需要調用類的帶參構造函數、私有構造函數等， 就需要采用 Constractor.newInstance()
Constructor.newInstance 是執行構造函數的方法。我們來看看獲取構造函數可以通過哪些渠道，作用如其名，以下幾個方法都比較好記也容易理解，返回值都通過 Cnostructor 類型來接收。
批量獲取構造函數：
1）獲取所有”公有的”構造方法
public Constructor[] getConstructors() { }
2）獲取所有的構造方法（包括私有、受保護、默認、公有）
public Constructor[] getDeclaredConstructors() { }
單個獲取構造函數：
1）獲取一個指定參數類型的”公有的”構造方法
public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes) { }
2）獲取一個指定參數類型的”構造方法”，可以是私有的，或受保護、默認、公有
public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes) { }
舉個例子：
package fanshe;
public class Student {
//（默認的構造方法）
Student(String str){
System.out.println("(默認)的構造方法 s = " + str);
}
// 無參構造方法
public Student(){
System.out.println("調用瞭公有、無參構造方法執行瞭。。。");
}
// 有一個參數的構造方法
public Student(char name){
System.out.println("姓名：" + name);
}
// 有多個參數的構造方法
public Student(String name ,int age){
System.out.println("姓名："+name+"年齡："+ age);//這的執行效率有問題，以後解決。
}
// 受保護的構造方法
protected Student(boolean n){
System.out.println("受保護的構造方法 n = " + n);
}
// 私有構造方法
private Student(int age){
System.out.println("私有的構造方法年齡："+ age);
}
}
----------------------------------
public class Constructors {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 加載Class對象
Class clazz = Class.forName("fanshe.Student");
// 獲取所有公有構造方法
Constructor[] conArray = clazz.getConstructors();
for(Constructor c : conArray){
System.out.println(c);
}
// 獲取所有的構造方法(包括：私有、受保護、默認、公有)
conArray = clazz.getDeclaredConstructors();
for(Constructor c : conArray){
System.out.println(c);
}
// 獲取公有、無參的構造方法
// 因為是無參的構造方法所以類型是一個null,不寫也可以：這裡需要的是一個參數的類型，切記是類型
// 返回的是描述這個無參構造函數的類對象。
Constructor con = clazz.getConstructor(null);
Object obj = con.newInstance(); // 調用構造方法
// 獲取私有構造方法
con = clazz.getDeclaredConstructor(int.class);
System.out.println(con);
con.setAccessible(true); // 為瞭調用 private 方法/域 我們需要取消安全檢查
obj = con.newInstance(12); // 調用構造方法
}
}
③ 使用開源庫 Objenesis
Objenesis 是一個開源庫，和上述第二種方法一樣，可以調用任意的構造函數，不過封裝的比較簡潔：
public class Test {
// 不存在無參構造函數
private int i;
public Test(int i){
this.i = i;
}
public void show(){
System.out.println("test..." + i);
}
}
------------------------
public static void main(String[] args) {
Objenesis objenesis = new ObjenesisStd(true);
Test test = objenesis.newInstance(Test.class);
test.show();
}
使用非常簡單，Objenesis 由子類 ObjenesisObjenesisStd實現。詳細源碼此處就不深究瞭，瞭解即可。
六. 通過反射獲取成員變量並使用
和獲取構造函數差不多，獲取成員變量也分批量獲取和單個獲取。返回值通過 Field 類型來接收。
批量獲取：
1）獲取所有公有的字段
public Field[] getFields() { }
2）獲取所有的字段（包括私有、受保護、默認的）
public Field[] getDeclaredFields() { }
單個獲取：
1）獲取一個指定名稱的公有的字段
public Field getField(String name) { }
2）獲取一個指定名稱的字段，可以是私有、受保護、默認的
public Field getDeclaredField(String name) { }
獲取到成員變量之後，如何修改它們的值呢？
set 方法包含兩個參數：
- obj：哪個對象要修改這個成員變量
- value：要修改成哪個值
舉個例子:
package fanshe.field;
public class Student {
public Student(){
}
public String name;
protected int age;
char sex;
private String phoneNum;
@Override
public String toString() {
return "Student [name=" + name + ", age=" + age + ", sex=" + sex
+ ", phoneNum=" + phoneNum + "]";
}
}
----------------------------------
public class Fields {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 獲取 Class 對象
Class stuClass = Class.forName("fanshe.field.Student");
// 獲取公有的無參構造函數
Constructor con = stuClass.getConstructor();
// 獲取私有構造方法
con = clazz.getDeclaredConstructor(int.class);
System.out.println(con);
con.setAccessible(true); // 為瞭調用 private 方法/域 我們需要取消安全檢查
obj = con.newInstance(12); // 調用構造方法
// 獲取所有公有的字段
Field[] fieldArray = stuClass.getFields();
for(Field f : fieldArray){
System.out.println(f);
}
// 獲取所有的字段 (包括私有、受保護、默認的)
fieldArray = stuClass.getDeclaredFields();
for(Field f : fieldArray){
System.out.println(f);
}
// 獲取指定名稱的公有字段
Field f = stuClass.getField("name");
Object obj = con.newInstance(); // 調用構造函數，創建該類的實例
f.set(obj, "劉德華"); // 為 Student 對象中的 name 屬性賦值
// 獲取私有字段
f = stuClass.getDeclaredField("phoneNum");
f.setAccessible(true); // 暴力反射，解除私有限定
f.set(obj, "18888889999"); // 為 Student 對象中的 phoneNum 屬性賦值
}
}
七. 通過反射獲取成員方法並調用
同樣的，獲取成員方法也分批量獲取和單個獲取。返回值通過 Method 類型來接收。
批量獲取：
1）獲取所有”公有方法”（包含父類的方法，當然也包含 Object 類）
public Method[] getMethods() { }
2）獲取所有的成員方法，包括私有的（不包括繼承的）
public Method[] getDeclaredMethods() { }
單個獲取：
獲取一個指定方法名和參數類型的成員方法：
public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
獲取到方法之後該怎麼調用它們呢？
invoke 方法中包含兩個參數：
- obj：哪個對象要來調用這個方法
- args：調用方法時所傳遞的實參
舉個例子：
package fanshe.method;
public class Student {
public void show1(String s){
System.out.println("調用瞭：公有的，String參數的show1(): s = " + s);
}
protected void show2(){
System.out.println("調用瞭：受保護的，無參的show2()");
}
void show3(){
System.out.println("調用瞭：默認的，無參的show3()");
}
private String show4(int age){
System.out.println("調用瞭，私有的，並且有返回值的，int參數的show4(): age = " + age);
return "abcd";
}
}
-------------------------------------------
public class MethodClass {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 獲取 Class對象
Class stuClass = Class.forName("fanshe.method.Student");
// 獲取公有的無參構造函數
Constructor con = stuClass.getConstructor();
// 獲取所有公有方法
stuClass.getMethods();
Method[] methodArray = stuClass.getMethods();
for(Method m : methodArray){
System.out.println(m);
}
// 獲取所有的方法，包括私有的
methodArray = stuClass.getDeclaredMethods();
for(Method m : methodArray){
System.out.println(m);
}
// 獲取公有的show1()方法
Method m = stuClass.getMethod("show1", String.class);
System.out.println(m);
Object obj = con.newInstance(); // 調用構造函數，實例化一個 Student 對象
m.invoke(obj, "小牛肉");
// 獲取私有的show4()方法
m = stuClass.getDeclaredMethod("show4", int.class);
m.setAccessible(true); // 解除私有限定
Object result = m.invoke(obj, 20);
System.out.println("返回值：" + result);
}
}
八. 反射機制優缺點
優點： 比較靈活，能夠在運行時動態獲取類的實例。
缺點：
1）性能瓶頸：反射相當於一系列解釋操作，通知 JVM 要做的事情，性能比直接的 Java 代碼要慢很多。
2）安全問題：反射機制破壞瞭封裝性，因為通過反射可以獲取並調用類的私有方法和字段。
九. 反射的經典應用場景
反射在我們實際編程中其實並不會直接大量的使用，但是實際上有很多設計都與反射機制有關，比如：
動態代理機制使用 JDBC 連接數據庫Spring / Hibernate 框架（實際上是因為使用瞭動態代理，所以才和反射機制有關）
為什麼說動態代理使用瞭反射機制，下篇文章會給出詳細解釋。
JDBC 連接數據庫
在 JDBC 的操作中，如果要想進行數據庫的連接，則必須按照以下幾步完成：
- 通過 Class.forName() 加載數據庫的驅動程序 （通過反射加載）
- 通過 DriverManager 類連接數據庫，參數包含數據庫的連接地址、用戶名、密碼
- 通過 Connection 接口接收連接
- 關閉連接
public static void main(String[] args) throws Exception {
Connection con = null; // 數據庫的連接對象
// 1\. 通過反射加載驅動程序
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
// 2\. 連接數據庫
con = DriverManager.getConnection(
"jdbc:mysql://localhost:3306/test","root","root");
// 3\. 關閉數據庫連接
con.close();
}
Spring 框架
反射機制是 Java 框架設計的靈魂，框架的內部都已經封裝好瞭，我們自己基本用不著寫。典型的除瞭Hibernate 之外，還有 Spring 也用到瞭很多反射機制，最典型的就是 Spring 通過 xml 配置文件裝載 Bean（創建對象），也就是 Spring 的 IoC，過程如下：
- 加載配置文件，獲取 Spring 容器
- 使用反射機制，根據傳入的字符串獲得某個類的 Class 實例
// 獲取 Spring 的 IoC 容器，並根據 id 獲取對象
public static void main(String[] args) {
// 1.使用 ApplicationContext 接口加載配置文件，獲取 spring 容器
ApplicationContext ac = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
// 2\. 使用反射機制，根據這個字符串獲得某個類的 Class 實例
IAccountService aService = (IAccountService) ac.getBean("accountServiceImpl");
System.out.println(aService);
}
總結
本篇文章就到這裡瞭，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容
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