理解Java反射

编程 Java

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 2020/03/22   Share

前言

这篇文章鸽了好久，拖稿了好几天，趁着有精力的时候多写写文章。Java语言一直被我认为是常见语言中最难的语言，主要是概念繁多，然后就是JVM的知识点复杂，导致尽管有些人会写代码，但是问到某个知识点却不知道为何是这样。
今天谈谈Java中的反射机制。什么是反射呢？反射就是在Java编译期以外的时间可以动态的加载一个类。还可以实例化对象，获取变量，方法等。

实践

入门

上面的概念刚开始我也不是很懂，为什么Java会有反射这种机制呢？假设有以下代码：

1	Cat cat = new Cat();

JVM编译时会把代码编译成class文件加载到jvm的内存中，以上代码会使Cat.java文件编译成Cat.class然后加载到JVM的内存当中，然后执行new申请内存空间，然后返回实例。这种方法只适合已经知道需要什么对象，而如果在运行的时候才确定了对象，此时已经错过了编译期，所以需要动态地加载一个类，这样的操作我们称作反射。
那么反射有什么优点与缺点呢？优点就是十分灵活，类的加载无需重新编译，这种思想广泛用在了java生态当中，常见的框架都采用了反射的思想，如spring等。
而缺点就是影响性能，不建议使用在普通代码中，并且会使代码逻辑变得模糊，不利于维护。还有一点就是由于反射的功能强大，可以执行一些不被允许的操作（例如获取到类中的私有属性与方法），从而会引发某些问题。

Class类

在继续理解前，我们需要了解一下Java中的Class类。Class类是反射的基础。在Java中用来表示运行时类型信息的对应类就是Class类，存在于JDK的java.lang包中。手动编写一个类后，会产生一个Class对象，保存在同名的.class文件中。而这个类无论有多少个实例，内存中只有一个与之对应的Class对象。查看Class类的源码：

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private Class(ClassLoader loader) {
        classLoader = loader;
}

我们发现构造器为私有的，只有JVM能够创建Class对象，那么如何获得这个类的Class对象呢？有三种方法：

//1
Class c1 = Cat.class; //任何类都有隐含的静态成员class用于获取Class对象
//2
Class c2 = cat.getClass();//实例有一个getClass方法获取Class对象
//3
Class c3 = Class.forName("Cat");//Class类中的方法forName传入全量名可以获取这个类的Class对象

而通过Class对象获得类的信息的方法我们就称作反射(Reflection)。

反射的相关操作

获取成员方法

说了这么多，反射具体能做些啥呢？其实具体就以下几种：

获取方法
获取属性(变量)
获取构造函数

这里我统一使用Class.forName()获取Class对象。

public class Cat {
    public int id; //特意将id设为public，开发中不这么写
    private String name;
    
    
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }


    private void hello(){
        System.out.println(this.name);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
	Class cls = Class.forName("model.Cat");
        Object o = cls.newInstance();
        Method method = cls.getMethod("setName", String.class);
        method.invoke(o,"波斯猫");
        System.out.println(cls.getMethod("getName").invoke(o));

    }
}

首先使用Class.forName 获得Class对象，接着使用newInstance生成Cat的实例对象（之后会讲构造器的newInstance和直接的newInstance的区别），
使用getMethod可以获取某个方法，接着通过invoke方法传入对象与参数。
如果使用getMethods则可以获取所有方法。但是getMethod和getMethods获取的是public方法，如果需要获得私有方法，则使用getDeclaredMethod方法。

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Method hello = cls.getDeclaredMethod("hello");
hello.setAccessible(true); //需要设置成可访问，才可以访问私有方法
hello.invoke(o);

获取成员属性

这里我们只写main方法

public static void main(String[] args) throws Exception{

        Class cls = Class.forName("model.Cat");
        Object o = cls.newInstance();
        Method method1 = cls.getMethod("setId", int.class);
        method1.invoke(o,1);
        Method method2 = cls.getMethod("setName", String.class);
        method2.invoke(o,"哈士奇");

        //获取成员属性
        Field field = cls.getField("id");
        System.out.println("id: " + field.get(o));

        //获取成员private属性
        Field field1 = cls.getDeclaredField("name");
        field1.setAccessible(true);//依旧需要设置成可访问
        System.out.println("name: " + field1.get(o));
}

获取构造函数

反射还可以获取类的构造函数。在这之前，有一个之前说的问题，Class的newInstance和构造器的newInstance有什么差。其实他们的区别在于Class的newInstance方法只能创建无参数构造函数的类的实例，而构造器的newInstance方法则可以创建带有参数的类的实例。
我们另写两个类

public class Dog {
    private int id;
    private String name;

    public Dog(int id){
        this.id = id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}
public class Bird {
    private int id;
    private String name;

    private Bird(int id){
        this.id = id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

这两个类区别在于构造器分别是public和private。

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        Class cls = Class.forName("model.Dog");
        Constructor constructor = cls.getConstructor(int.class);
        Object o  = constructor.newInstance(100);
        Method method = cls.getMethod("getId");
        System.out.println(method.invoke(o));


        Class cls1  = Class.forName("model.Bird");
        Constructor constructor1 = cls1.getDeclaredConstructor(int.class);
        constructor1.setAccessible(true);
        Object o1 = constructor1.newInstance(101);
        System.out.println(cls1.getMethod("getId").invoke(o1));
	}
}