Java语言允许通过程序化的方式间接对Class进行操作。Class文件由类装载器装载后，在JVM中将形成一份描述Class结构的元信息对象，通过该元信息对象可以获知Class的结构信息，如构造函数、属性和方法等。Java允许用户借由这个与Class相关的元信息对象间接调用Class对象的功能，这就为使用程序化方式操作Class对象开辟了途径。
一、 简单实例
用一个例子开始反洗Java反射机制。下面的Car类拥有两个构造函数，一个方法以及3个属性，如代码所示：
public class Car {
private String brand;
private String color;
private int maxSpeed;
//①默认构造函数
public Car(){}
//②带参构造函数
public Car(String brand,String color,int maxSpeed){
this.brand=brand;
this.color=color;
this.maxSpeed=maxSpeed;
}
//③未带参的方法
public void introduce(){
System.out.println("brand:"+brand+";color:"+color+";maxSpeed:"+maxSpeed);
}
//省略参数的getter和setter方法
...
}
一般情况下，我们会使用如下代码创建Car的实例：
Car car=new Car();
car.setBrand("红旗");
或者
Car car=new Car("红旗","黑色",230);
以上两种方法都采用传统方式直接调用目标类的方法。下面通过Java反射机制以一种间接的方式操控目标类，代码如下所示：
package com.smart.reflect;
import java.lang.relfect.Constructor;
import java.lang.relfect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
public class ReflectTest{
public static car initByDefaultConst() throws Throwable{
//①通过类装载器获取Car类对象
ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
Class clazz = loader.loadClass("com.smart.reflect.Car");
//②获取类的默认构造器对象并通过它实例化Car
Constructor cons=clazz.getDeclaredConstructor((Class[])null);
Car car=(Car)cons.newInstance();
//③通过反射方法设置属性
Method setBrand=clazz.getMethod("setBrand",String.class);
setBrand.invoke(car,"红旗");
Method setColor=clazz.getMethod("setColor",String.class);
setColor.invoke(car,"黑色");
Method setMaxSpeed=clazz.getMethod("setMaxSpeed",int.class);
setMaxSpeed.invoke(car,230);
return car;
}
public static void main(String[] args) throws Throwable{
Car car = initByDefaultConst()
car.introduce();
}
}
运行以上程序，在控制台上将打印出以下信息：
brand:红旗;color:黑色;maxSpeed:230
这说明我们完全可以通过编程的方式调用Class的各项功能，与通过构造函数和方法直接调用类功能的效果是一致的，只不过前者是间接调用，后者是直接调用罢了。
在ReflectTest中使用了几个重要的反射类，，分别是ClassLoader、Class、Constructor和Method，通过这些反射类就可以间接调用目标Class的各项功能。
在①处，我们获取当前线程的ClassLoader，然后通过指定的全限定类名"com.smart.reflect.Car"装载Car类对应的反射实类。
在②处，我们通过Car的反射类对象获取Car的构造函数对象cons，通过构造函数对象的newInstance()方法实例化Car对象，其效果等于 new Car()。
在③处，我们通过Car的反射类对象的getMethod(String methodName,Class paramClass)获取属性的setter 方法对象，其中第一个参数是目标Class的方法名，第二个参数是方法入参的对象类型。在获取方法反射对象后，即可通过invoke(Object obj,Object param)调用目标类的方法，该方法的第一个参数是操作的目标类对象实例，第二个参数是目标方法的入参。
在代码中，“com.smart.reflect.Car”，“setBrand”，“红旗”，“setColor”，“黑色”，“setMaxSpeed”，230，即为通过反射方法操纵目标类的元信息，如果我们将这些信息以一个配置文件的方式提供，就可以使用Java语言的反射功能编写一段通用的代码，对类似于Car的类进行实例化及功能调用操作。
二、类装载器ClassLoader
1.类装载器的工作机制
类装载器就是寻找类的字节码文件并构造出类在JVM内部表示对象的组件，在Java中，类装载器把一个类装入JVM中，需要经过一下步骤：
（1）装载：查找和导入Class文件
（2）链接：执行校验、准备和解析步骤，其中解析步骤是可以选择的。
- 校验：检查载入Class文件数据的正确性。
- 准备：给类的静态变量分配存储空间。
- 解析：将符号引用转换为直接引用。
（3）初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化操作。
类装载工作由ClassLoader及其子类负责。ClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件，它负责在运行时查找和装入Class字节码文件 。JVM在运行时会产生3个ClassLoader：根装载器，ExtClassLoader（扩展类装载器），和AppClassLoader（应用类装载器）。其中根装载器不是ClassLoader的子类，它使用C++语言编写，因而在Java中看不到它，根装载器负责装载JRE的核心类库，如JRE目标下的rt.jar，charsets.jar等。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类，其中ExtClassLoader负责装载JRE扩展目录ext中的JAR类包，AppClassLoader负责装载Classpath路径下的类包。
这三个类装载器之间存在父子层级关系，即根装载器是ExtClassLoader的父装载器，ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。在默认情况下，使用AppClassLoader装载应用程序的类。可以从下面的实验中了解：
public class ClassLoaderTest{
public static void main(String[] args){
ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println("current loader:"+loader);
System.out.println("parent loader:"+loader.getParent());
System.out.println("grandParent loader:"+loader.getParent().getParent());
}
}
运行以上代码，在控制台上将打印以下信息：
current loader: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@131f71a
parent loader:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15601ea
//①根装载器在Java中访问不到，其用C++编写，所以返回null
grandParent loader:null
全盘负责委托机制
JVM转载类时使用“全盘负责委托机制”，“全盘负责”是指当一个ClassLoader装载一个类时，除非是显示地使用另一个ClassLoader，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoader载入：“委托机制”是指先委托父装载器寻找目标类，只有在找不到的情况下
才从自己的类路径中查找并装载目标类。这一点是从安全角度考虑的，试想，如果有一个人编写了一个恶意的基础类（如java.lang.String）并装载到JVM中，将会引起多么可怕的后果？但是由于有了“全盘负责委托机制”，java.lang.String 永远是有根装载器来装载的，这样就避免了上述安全隐患的发生。
2.CalssLoader的重要方法
在Java中，ClassLoader是一个抽象类，位于java.lang 包中，一些重要的方法如下介绍：
- Class loadClass(String name)：name参数指定类装载器需要装载的类名字，必须使用全限定类名，如com.smart.reflect.Car。该方法有一个重载方法 loadClass(String name,boolean resolve),resolve参数告诉类装载器是否需要解析此类，在初始化此类之前，应考虑进行此类解析的工作，但并不是所有的类都需要解析，如果JVM只需要知道该类是否存在或找出该类的超类，那么就不需要进行解析。
- Class defineClass(String name,byte[] b,int off,int len)：将类文件的字节数组转换成JVM内部的 java.lang.Class 对象。字节数组可以从本地文件系统、远程网络获取。参数name 为字节数组对应的全限定类名。
- Class findSystemClass(String name)：从本地文件系统载入Class文件。如果本地文件系统不存在该Class文件，则将抛出ClassNotFoundException异常。该方法时JVM默认使用的装载机制。
- Class findLoadedClass(String name)：调用该方法来查看ClassLoader是否已装入
某个类。如果已经装入，那么返回java.lang.Class对象；否则返回null。如果强行装载已存在的类，那么将会抛出链接错误。 - ClassLoader getParent()：获取类装载器的父装载器。除根装载器外，所有的类装载器都有且仅有一个父装载器。
除JVM默认的3个ClassLoader外，用户可以编写自己的第三方类装载器，以实现一些特殊的需求。类文件被装载并解析后，在JVM内将拥有一个对应的java.lang.Class类描述对象，该类的实例都拥有指向这个类描述对象的引用，而类描述对象又拥有指向关联ClassLoader的引用，如图所示：
每个类在JVM中都拥有一个对应的java.lang.Class对象，它提供了类结构信息的描述。数组、枚举、注解及基本Java类型（如int，double 等）。甚至void都拥有对应的Class对象。Class没有public的构造方法。Class对象是在装载类时由JVM通过调用类装载器中的defineClass() 方法自动构造的。
三、Java 反射机制
Class反射对象描述类语意结构，可以从Class对象中获取构造函数、成员变量、方法类等类元素的反射对象，并以编程的方式通过这些反射对象对目标类对象进行操作。这些反射对象类在java.lang.reflect包中定义。下面是3个主要的反射类：
-
Constructor：类的构造函数反射类，通过Class#getConstructors() 方法可以获取累的所有构造函数反射对象数组。Constructor的一个主要方法是newInstance(Object[] initargs),通过该方法可以创建一个对象类的实例，相当于new关键字。
-
Method：类方法的反射类，通过Class#getDeclaredMethods() 可以获取类的所有方法反射类对象数组Method[]。Method最主要的方法是invoke(Object obj,Object[] args),其中obj表示操作的目标对象；args为方法入参。
- Class getReturnTypr()：获取方法的返回值类型。
- Class[] getParameterTypes()： 获取方法的入参类型数组。
- Calss[] getExceptionTypes()：获取方法的异常类型数组。
- Annotation[][] getParameterAnnotations()：获取方法的注解信息。
-
Field：类的成员变量的反射类，通过Class#getDeclaredFields() 方法可以获取类的成员变量反射对象数组，通过Class#getDeclaredField(String name) 则可以获取某个特定名称的成员变量反射对象。Field类最主要的方法是set(Object obj,Object value)，其中obj 表示操作的目标对象，通过value为目标对象的成员变量设置值，如果成员变量为基础类型，则用户可以使用Field类中提供的带类型名的值设置方法，如setBoolean(Object obj,booleaen value)、setInt(Object obj,int value) 等。
此外，Java还为包提供了Package反射类，在Java 5.0 中还为注解提供了AnnotatedElement反射类，总之，Java的反射体系保证了可以通过程序化的方式访问目标类中所有的元素，对于private或protected成员变量的方法，只要JVM的安全机制允许，也可以通过反射进行调用，如下面例子：
package com.smart.reflect;
public class PrivateCar{
//①private成员变量；使用传统类实例调用方式，只能在本例中访问
private String color;
//②protected方法，使用传统类实例调用方式，只能在子类和本包中访问
protected void drive(){
System.out.println("drive private car! the color is:"+color);
}
}
color 变量和drive()方法都是私有的，通过类实例变量无法再外部访问私有变量、调用私有方法，但通过反射机制则可以绕过这个限制，如下：
...
public class PrivateCarReflect{
public static void main(String[] args)throws Throwable
ClassLoader loader=Thread.currentThread().getContextClassLoader();
Class clazz=loader.loadClass("com.smart.reflect.PrivateCar");
PrivateCar pcar=(PrivateCar)clazz.newInstance();
Field colorFld=clazz.getDeclaredField("color");
//①取消java语言访问检查以访问private变量
colorFld.setAccessible(true);
colorFld.set(pcar,"红色");
Method driveMtd=clazz.getDeclaredMethod("drive",(Class[])null);
//Method driveMtd=clazz.getDeclaredMethod("drive"; JDK 5.0下使用
//③取消java语言访问检查以访问protected方法
driveMtd.setAccessible(true);
driveMtd.invoke(pcar,(Object[])null);
}
}
运行此类，打印以下信息：
drive private car! the color is:红色
在访问private或protected成员变量或方法时，必须通过setAccessible(boolean access)方法取消Java语言检查，否则抛出IllegalAccessException。如果JVM的安全管理器设置了相应的安全机制，那么调用该方法将抛出SecurityException。
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