【JAVA基础】反射机制

Java反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有方法和属性；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为Java语言的反射机制

一、什么是java反射

反射使程序代码能够接入装载到JVM中的类的内部信息，允许在编写与执行时，而不是源代码中选定的类协作的代码，是以开发效率换运行效率的一种手段。这使反射称为构建灵活应用的主要工具。

反射的作用：
1、调用一些私有方法，实现黑科技。比如双卡短信发送、设置状态栏颜色、自动挂电话等。
2、实现序列化与反序列化，比如PO的ORM，Json解析等
3、实现跨平台兼容，比如jdk中的SocketImpl的实现
4、通过xml或注解，实现依赖注入，注解处理，动态代理，单元测试等功能。比如Retrofit、Spring或者Dagger

二、class类

1、class是一个描述类的类（也就是描述类本身），封装了描述方法的Method，描述字段的Field，描述构造类的Constructor等属性
2、对象照镜子后（反射）可以得到的信息：某个类的数据成员名、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。
3、对于每个类而言。jre都为其保留一个不变的class类型的对象。一个class对象包含了特定某个类的有关信息
4、class对象只能由系统建立对象
5、一个类在jvm中只会有一个class实例

反射机制获取类的三种方法

1、通过类名
2、通过getClass()
3、通过全类名获取

/** 
 * 反射机制获取类有三种方法 
 */  
@Test  
public void testGetClass() throws ClassNotFoundException {  
    Class clazz = null;  

    //1 直接通过类名.Class的方式得到  
    clazz = Person.class;  
    System.out.println("通过类名: " + clazz);  

    //2 通过对象的getClass()方法获取,这个使用的少（一般是传的是Object，不知道是什么类型的时候才用）  
    Object obj = new Person();  
    clazz = obj.getClass();  
    System.out.println("通过getClass(): " + clazz);  

    //3 通过全类名获取，用的比较多，但可能抛出ClassNotFoundException异常  
    clazz = Class.forName("com.java.reflection.Person");  
    System.out.println("通过全类名获取: " + clazz);  
}  

利用newInstance创建对象：调用的类必须有无参的构造器

无参构造器：Person{name=’null’,age=0}

/** 
 * Class类的newInstance()方法，创建类的一个对象。 
 */  
@Test  
public void testNewInstance()  
        throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {  

    Class clazz = Class.forName("com.java.reflection.Person");  

    //使用Class类的newInstance()方法创建类的一个对象  
    //实际调用的类的那个 无参数的构造器（这就是为什么写的类的时候，要写一个无参数的构造器，就是给反射用的）  
    //一般的，一个类若声明了带参数的构造器，也要声明一个无参数的构造器  
    Object obj = clazz.newInstance();  
    System.out.println(obj);  
}  

三、ClassLoader类加载器

类加载器是用来把类装载进jvm的。jvm规范定义了两种类型的类装载器：启动类家载器和用户自定义加载器。jvm在运行时会产生3个类加载器组成的初始化加载器层次结构，如下图所示：

类加载器详解：http://blog.youkuaiyun.com/ochangwen/article/details/51473120

/** 
 * ClassLoader类装载器 
 */  
@Test  
public void testClassLoader1() throws ClassNotFoundException, IOException {  
    //1、获取一个系统的类加载器  
    ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();  
    System.out.println("系统的类加载器-->" + classLoader);  

    //2、获取系统类加载器的父类加载器(扩展类加载器（extensions classLoader）)  
    classLoader = classLoader.getParent();  
    System.out.println("扩展类加载器-->" + classLoader);  

    //3、获取扩展类加载器的父类加载器  
    //输出为Null,无法被Java程序直接引用  
    classLoader = classLoader.getParent();  
    System.out.println("启动类加载器-->" + classLoader);  

    //  

    //4、测试当前类由哪个类加载器进行加载 ,结果就是系统的类加载器  
    classLoader = Class.forName("com.java.reflection.Person").getClassLoader();  
    System.out.println("当前类由哪个类加载器进行加载-->"+classLoader);  

    //5、测试JDK提供的Object类由哪个类加载器负责加载的  
    classLoader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();  
    System.out.println("JDK提供的Object类由哪个类加载器加载-->" + classLoader);  
}  

四、反射在native的实现

反射在java中可以直接调用，不过最终调用的认识native方法，以下为主流反射操作的实现
1、Class.forName
Class.forName可以通过寻找Class对象，比如Class.forName(“java.lang.String”)。
在JDK的源码实现中，可以发现最终调用的是native方法forName0()，它在JVM中调用的实际是findClassFromClassLoader()，原理与ClassLoader的流程一样。
2、getDeclareFields的实现
在jdk源码中，可以知道class.getDeclaredFields()方法实际调用的是native方法getDeclaredFields0()，它在JVM主要实现步骤如下：
（1）根据class结构体信息，获取field_count与fields[]字段，这个字段早已在load过程中被放入了
（2）根据field_count的大小分配内存、创建数组
（3）将数组进行forEach循环，通过fields[]中的信息依次创建Object对象
（4）返回数组指针
3、Method.invoke的实现
以下为无同步、无异常的情况下调用的步骤：
（1）创建Frame
（2）如果对象flag为native，交给native_handler进行处理
（3）在frame中执行java代码
（4）弹出Frame
（5）返回执行结果的指针
4、class.newInstance的实现
（1）检测权限、预分配空间大小等参数
（2）创建Object对象，并分配空间
（3）通过Method.invoke调用构造函数(())
（4）返回Object指针