Java反射机制详解

下班后的爪哇菌

已于 2023-07-15 23:51:47 修改

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分类专栏： Java-由浅入深的学习之路文章标签： java Java反射详解 Class类 ClassLoader类

于 2023-07-15 23:50:44 首次发布

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本文详细介绍了Java中的Class类，包括获取Class实例的四种方法，类的加载过程，以及如何通过反射创建运行时类的对象和调用其方法。重点讨论了类加载的三个步骤（加载、链接、初始化）和类加载器的作用。此外，还阐述了如何获取和使用类的结构，如接口、构造器、方法和字段。

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Class类

在Object类中定义了以下的方法，此方法将被所有子类继承：

public final Class getClass()

以上的方法返回值的类型是一个Class类，此类是Java反射的源头，实际上所谓反射从程序的运行结果来看也很好理解，即：可以通过对象反射求出类的名称。

对象照镜子后可以得到的信息：某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。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结构(class/interface/enum/annotation/primitive type/void/[])的有关信息。

Class类特征

        Class本身也是一个类；
        Class 对象只能由系统建立对象；
        一个加载的类在 JVM 中只会有一个Class实例；
        一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件；
        每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成；
        通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构；
        Class类是Reflection的根源，对任何想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的Class对象。

Class类常用方法

应用举例

String str = "test.Person"; //test4.Person是test包下的Person类
Class clazz = Class.forName(str);
Object obj = clazz.newInstance();
Field field = clazz.getField("name");
field.set(obj, "zhangsan");
Object name = field.get(obj);
System.out.println(name);

获取Class类的实例(四种方法)

1）前提：若已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠，程序性能最高。

Class clazz = String.class;
Class clazz1 = Person.class;

2）前提：已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象。

Class clazz = "haha".getClass(); //String类型的对象
Class clazz1 = person.getClass(); //Person类型的对象

3）前提：已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方法forName()获取，可能抛出ClassNotFoundException。

Class clazz = Class.forName("java.lang.String");
Class clazz1 = Class.forName("test.Person");

4）其他方式

ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();
Class clazz4 = cl.loadClass("类的全类名");

哪些类型可以有Class对象？

（1）class：外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类

Class c1 = Object.class;
Class c11 = Class.class;

（2）interface：接口

Class c2 = Comparable.class;

（3）[]：数组

Class c3 = String[].class;
Class c4 = int[][].class;
int[] a = new int[10];
int[] b = new int[100];
Class c5 = a.getClass();
Class c6 = b.getClass();
// 只要元素类型与维度一样，就是同一个Class
System.out.println(c5 == c6);

（4）enum：枚举

Class c7 = ElementType.class;

（5）annotation：注解@interface

Class c6 = Override.class;

（6）primitive type：基本数据类型

Class c9 = int.class;

（7）void

Class c10 = void.class;

类的加载与ClassLoader

类的加载过程

当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过如下三个步骤来对该类进行初始化。

加载：

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口（即引用地址）。所有需要访问和使用类数据只能通过这个Class对象。这个加载的过程需要类加载器参与。

链接：将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。

        验证：确保加载的类信息符合JVM规范，例如：以cafe开头，没有安全方面的问题
        准备：正式为类变量（static）分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。
        解析：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。

初始化：
        执行类构造器<clinit>()方法的过程。类构造器<clinit>()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的构造器）。
        当初始化一个类的时候，若发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
        虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

什么时候会发生类初始化？

类的主动引用（一定会发生类的初始化）

        当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类；
        new一个类的对象；
        调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法；
        使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用；
        当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化它的父类；

类的被动引用（不会发生类的初始化）

        当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化，当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化；
        通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化；
        引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）；

public class ClassLoadingTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 主动引用：一定会导致A和Father的初始化
        A a = new A();
        System.out.println(A.m);
        Class.forName("com.test.A");
        // 被动引用
        A[] array = new A[5]; //不会导致A和Father的初始化
        System.out.println(A.b); //只会初始化Father
        System.out.println(A.M); //引用常量不会导致A和Father的初始化
    }
    static {
        System.out.println("main所在的类");
    }
}

class Father {
    static int b = 2;
    static {
        System.out.println("父类被加载");
    }
}

class A extends Father {
    static {
        System.out.println("子类被加载");
        m = 300;
    }
    static int m = 100;
    static final int M = 1;
}

类加载器

类加载器的作用：

类加载的作用：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口。

类缓存：标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器中，它将维持加载（缓存）一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。

JVM 规范定义了如下类型的类的加载器。

//1.获取一个系统类加载器
ClassLoader classloader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(classloader);
//2.获取系统类加载器的父类加载器，即扩展类加载器
classloader = classloader.getParent();
System.out.println(classloader);
//3.获取扩展类加载器的父类加载器，即引导类加载器
classloader = classloader.getParent();
System.out.println(classloader);
//4.测试当前类由哪个类加载器进行加载
classloader = Class.forName("exer2.ClassloaderDemo").getClassLoader();
System.out.println(classloader);
//5.测试JDK提供的Object类由哪个类加载器加载
classloader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
System.out.println(classloader);
//6.关于类加载器的一个主要方法：getResourceAsStream(String str):获取类路径下的指定文件的输入流
InputStream in = null;
in = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("exer2\\test.properties");
System.out.println(in);

创建运行时类的对象

有了Class对象，能做什么？

创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法；
但有两个要求： 1）类必须有一个无参数的构造器。2）类的构造器的访问权限需要足够。

难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗？

        不是！只要在操作的时候明确的调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。步骤如下：
        1）通过Class类的getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)取得本类的指定形参类
型的构造器。
        2）向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数。
        3）通过Constructor实例化对象。

//1.根据全类名获取对应的Class对象
String name = "test.Person";
Class clazz = Class.forName(name);
//2.调用指定参数结构的构造器，生成Constructor的实例
Constructor con = clazz.getConstructor(String.class, Integer.class);
//3.通过Constructor的实例创建对应类的对象，并初始化类属性
Person persion = (Person) con.newInstance("zhangsan",20);
System.out.println(persion);

获取运行时类的完整结构

1.实现的全部接口

public Class<?>[] getInterfaces()

确定此对象所表示的类或接口实现的接口

2.所继承的父类

public Class<? Super T> getSuperclass()

返回表示此 Class 所表示的实体（类、接口、基本类型）的父类的Class

3.全部的构造器

public Constructor<T>[] getConstructors()	返回此 Class 对象所表示的类的所有public构造方法
public Constructor<T>[] getDeclaredConstructors()	返回此 Class 对象表示的类声明的所有构造方法

Constructor类中：

public int getModifiers()	取得修饰符
public String getName()	取得方法名称
public Class<?>[] getParameterTypes()	取得参数的类型

4.全部的方法

public Method[] getDeclaredMethods()	返回此Class对象所表示的类或接口的全部方法
public Method[] getMethods()	返回此Class对象所表示的类或接口的public的方法

Method类中：

public Class<?> getReturnType()	取得全部的返回值
public Class<?>[] getParameterTypes()	取得全部的参数
public int getModifiers()	取得修饰符
public Class<?>[] getExceptionTypes()	取得异常信息

5.全部的Field

public Field[] getFields()	返回此Class对象所表示的类或接口的public的Field
public Field[] getDeclaredFields()	返回此Class对象所表示的类或接口的全部Field

Field方法中：

public int getModifiers()	以整数形式返回此Field的修饰符
public Class<?> getType()	得到Field的属性类型
public String getName()	返回Field的名称

6. Annotation相关

get Annotation(Class<T> annotationClass)	根据注解类型获得相应的注解对象
getDeclaredAnnotations()	返回一个类或接口上的直接注解信息, 如果类上没有直接注解信息,则返回一个空数组

7.泛型相关

Type getGenericSuperclass()	获取父类泛型类型
ParameterizedType	泛型类型
getActualTypeArguments()	获取实际的泛型类型参数数组

8.类所在的包

Package getPackage()

类所在的包

调用运行时类的指定结构

调用指定方法

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。步骤：

1.通过Class类的getMethod(String name,Class…parameterTypes)方法取得一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型。

2.之后使用Object invoke(Object obj, Object[] args)进行调用，并向方法中传递要设置的obj对象的参数信息。

Object invoke(Object obj, Object … args)说明：

1.Object 对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null；

2.若原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null；

3.若原方法形参列表为空，则Object[] args为null；

4.若原方法声明为private,则需要在调用此invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，将可访问private的方法。

调用指定属性

在反射机制中，可以直接通过Field类操作类中的属性，通过Field类提供的set()和get()方法就可以完成设置和取得属性内容的操作。

public Field getField(String name)	返回此Class对象表示的类或接口的指定的public的Field
Field getDeclaredField(String name)	返回此Class对象表示的类或接口的指定的Field

在Field中：

public Object get(Object obj)	取得指定对象obj上此Field的属性内容
public void set(Object obj,Object value)	设置指定对象obj上此Field的属性内容

setAccessible方法

Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法。

setAccessible启动和禁用访问安全检查的开关。

参数值为true则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查。提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被调用，那么请设置为true。使得原本无法访问的私有成员也可以访问。

参数值为false则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查。