Java反射

  • 什么是反射？
    • 反射就是Reflection，Java的反射是指程序在运行期可以拿到一个对象的所有信息。
    • 反射是为了解决在运行期，对某个实例一无所知的情况下，如何调用其方法。
    • JAVA反射机制是在运行状态中，对于任何一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任何一个对象，都能够调用它的任意方法和属性；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。
  • Class类
    • class是由JVM在执行过程中动态加载的。JVM在第一次读取到一种class类型时，将其加载进内存。每加载一种class，JVM就为其创建一个Class类型的实例，并关联起来。注意：这里的Class类型是一个名叫Class的class。 
      public final class Class {
    private Class() {}
}

      以String类为例，当JVM加载String类时，它首先读取String.class文件到内存，然后，为String类创建一个Class实例并关联起来。

      Class cls = new Class(String);

      查看JDK源码，可以发现Class类的构造方法是private，只有JVM能创建Class实例，我们自己的Java程序是无法创建Class实例的。JVM持有的每个Class实例都指向一个数据类型（class或interface）。一个Class实例包含了该class的所有完整信息。

      ┌───────────────────────────┐
│      Class Instance       │──────> String
├───────────────────────────┤
│name = "java.lang.String"  │
└───────────────────────────┘
┌───────────────────────────┐
│      Class Instance       │──────> Random
├───────────────────────────┤
│name = "java.util.Random"  │
└───────────────────────────┘
┌───────────────────────────┐
│      Class Instance       │──────> Runnable
├───────────────────────────┤
│name = "java.lang.Runnable"│
└───────────────────────────┘
      ┌───────────────────────────┐
│      Class Instance       │──────> String
├───────────────────────────┤
│name = "java.lang.String"  │
├───────────────────────────┤
│package = "java.lang"      │
├───────────────────────────┤
│super = "java.lang.Object" │
├───────────────────────────┤
│interface = CharSequence...│
├───────────────────────────┤
│field = value[],hash,...   │
├───────────────────────────┤
│method = indexOf()...      │
└───────────────────────────┘

    • JVM为每个加载的class创建了对应的Class实例，并在实例中保存了该class的所有信息，包括类名、包名、父类、实现的接口、所有方法、字段等，因此，如果获取了某个Class实例，我们就可以通过这个Class实例获取到该实例对应的class的所有信息。这种通过Class实例获取class信息的方法称为反射（Reflection）。

    • 获取一个class的Class实例，有三个方法。
      • 方法一：直接通过一个class的静态变量class获取。 
        Class cls = String.class;

      • 如果有一个实例变量，可以通过该实例变量提供的getClass()方法获取。

        String s = "Hello";
Class cls = s.getClass();

      • 如果知道一个class的完整类名，可以通过静态方法Class.forName()获取。

        Class cls = Class.forName("java.lang.String");
    • Class实例在JVM中是唯一的，所以，上述方法获取的Class实例是同一个实例。可以用==比较两个Class实例。
      复制代码
      Integer n = new Integer(123);

boolean b1 = n instanceof Integer; // true，因为n是Integer类型
boolean b2 = n instanceof Number; // true，因为n是Number类型的子类

boolean b3 = n.getClass() == Integer.class; // true，因为n.getClass()返回Integer.class
boolean b4 = n.getClass() == Number.class; // false，因为Integer.class!=Number.class
      复制代码

      用instanceof不但匹配指定类型，还匹配指定类型的子类。而用==判断class实例可以精确地判断数据类型，但不能作子类型比较。通常情况下，我们应该用instanceof判断数据类型，因为面向抽象编程的时候，我们不关心具体的子类型。只有在需要精确判断一个类型是不是某个class的时候，我们才使用==判断class实例。

    • 从Class实例获取获取的基本信息。
      复制代码
       1 public class Main {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         printClassInfo("".getClass());
 4         printClassInfo(Runnable.class);
 5         printClassInfo(java.time.Month.class);
 6         printClassInfo(String[].class);
 7         printClassInfo(int.class);
 8     }
 9 
10     static void printClassInfo(Class cls) {
11         System.out.println("Class name: " + cls.getName());
12         System.out.println("Simple name: " + cls.getSimpleName());
13         if (cls.getPackage() != null) {
14             System.out.println("Package name: " + cls.getPackage().getName());
15         }
16         System.out.println("is interface: " + cls.isInterface());
17         System.out.println("is enum: " + cls.isEnum());
18         System.out.println("is array: " + cls.isArray());
19         System.out.println("is primitive: " + cls.isPrimitive());
20     }
21 }
      复制代码
    • 获取到了一个Class实例，可以通过该Class实例来创建对应类型的实例。 
      // 获取String的Class实例:
Class cls = String.class;
// 创建一个String实例:
String s = (String) cls.newInstance();

      上述代码相当于new String()。通过Class.newInstance()可以创建类实例，它的局限是：只能调用public的无参数构造方法。带参数的构造方法，或者非public的构造方法都无法通过Class.newInstance()被调用。

    • 动态加载

      • JVM在执行Java程序的时候，并不是一次性把所有用到的class全部加载到内存，而是第一次需要用到class时才加载。　

  • 访问字段

    • Class类提供了以下几个方法来获取字段：

      • Field getField(name)：根据字段名获取某个public的field（包括父类）
      • Field getDeclaredField(name)：根据字段名获取当前类的某个field（不包括父类）
      • Field[] getFields()：获取所有public的field（包括父类）
      • Field[] getDeclaredFields()：获取当前类的所有field（不包括父类）
        复制代码
         1 public class Main {
 2     public static void main(String[] args) throws Exception {
 3         Class stdClass = Student.class;
 4         // 获取public字段"score":
 5         System.out.println(stdClass.getField("score"));
 6         // 获取继承的public字段"name":
 7         System.out.println(stdClass.getField("name"));
 8         // 获取private字段"grade":
 9         System.out.println(stdClass.getDeclaredField("grade"));
10     }
11 }
12 
13 class Student extends Person {
14     public int score;
15     private int grade;
16 }
17 
18 class Person {
19     public String name;
20 }
        复制代码

    • 一个Field对象包含了一个字段的所有信息：

      • getName()：返回字段名称，例如，"name"；
      • getType()：返回字段类型，也是一个Class实例，例如，String.class；
      • getModifiers()：返回字段的修饰符，它是一个int，不同的bit表示不同的含义。

      • 以String类的value字段为例，它的定义是：

        public final class String {
    private final byte[] value;
}

        用反射获取该字段的信息：

        复制代码
        Field f = String.class.getDeclaredField("value");
f.getName(); // "value"
f.getType(); // class [B 表示byte[]类型
int m = f.getModifiers();
Modifier.isFinal(m); // true
Modifier.isPublic(m); // false
Modifier.isProtected(m); // false
Modifier.isPrivate(m); // true
Modifier.isStatic(m); // false
        复制代码

    • 获取字段值

      • 利用反射拿到字段的一个Field实例只是第一步，还可以拿到一个实例对应的该字段的值。例如，对于一个Person实例，可以先拿到name字段对应的Field，再获取这个实例的name字段的值。

        复制代码
         1 import java.lang.reflect.Field;
 2 
 3 public class Main {
 4 
 5     public static void main(String[] args) throws Exception {
 6         Object p = new Person("Xiao Ming");
 7         Class c = p.getClass();
 8         Field f = c.getDeclaredField("name");
                   f.setAccessible(true);
 9         Object value = f.get(p);
10         System.out.println(value); // "Xiao Ming"
11     }
12 }
13 
14 class Person {
15     private String name;
16 
17     public Person(String name) {
18         this.name = name;
19     }
20 }
        复制代码
        Object get​(Object obj)
        返回指定对象上此 字段表示的字段的值。

         

    • 设置字段值

      • 设置字段值是通过Field.set(Object, Object)实现的，其中第一个Object参数是指定的实例，第二个Object参数是待修改的值。
        复制代码
         1 import java.lang.reflect.Field;
 2 
 3 public class Main {
 4 
 5     public static void main(String[] args) throws Exception {
 6         Person p = new Person("Xiao Ming");
 7         System.out.println(p.getName()); // "Xiao Ming"
 8         Class c = p.getClass();
 9         Field f = c.getDeclaredField("name");
10         f.setAccessible(true);
11         f.set(p, "Xiao Hong");
12         System.out.println(p.getName()); // "Xiao Hong"
13     }
14 }
15 
16 class Person {
17     private String name;
18 
19     public Person(String name) {
20         this.name = name;
21     }
22 
23     public String getName() {
24         return this.name;
25     }
26 }
        复制代码
    • Java的反射API提供的Field类封装了字段的所有信息：
      • 通过Class实例的方法可以获取Field实例：getField()，getFields()，getDeclaredField()，getDeclaredFields()；
      • 通过Field实例可以获取字段信息：getName()，getType()，getModifiers()；
      • 通过Field实例可以读取或设置某个对象的字段，如果存在访问限制，要首先调用setAccessible(true)来访问非public字段。
      • 通过反射读写字段是一种非常规方法，它会破坏对象的封装。
  • 调用方法

    • Class类提供了以下几个方法来获取Method：

      • Method getMethod(name, Class...)：获取某个public的Method（包括父类）
      • Method getDeclaredMethod(name, Class...)：获取当前类的某个Method（不包括父类）
      • Method[] getMethods()：获取所有public的Method（包括父类）
      • Method[] getDeclaredMethods()：获取当前类的所有Method（不包括父类）
        复制代码
         1 public class Main {
 2     public static void main(String[] args) throws Exception {
 3         Class stdClass = Student.class;
 4         // 获取public方法getScore，参数为String:
 5         System.out.println(stdClass.getMethod("getScore", String.class));
 6         // 获取继承的public方法getName，无参数:
 7         System.out.println(stdClass.getMethod("getName"));
 8         // 获取private方法getGrade，参数为int:
 9         System.out.println(stdClass.getDeclaredMethod("getGrade", int.class));
10     }
11 }
12 
13 class Student extends Person {
14     public int getScore(String type) {
15         return 99;
16     }
17     private int getGrade(int year) {
18         return 1;
19     }
20 }
21 
22 class Person {
23     public String getName() {
24         return "Person";
25     }
26 }
        复制代码

      • 一个Method对象包含一个方法的所有信息：

        • getName()：返回方法名称，例如："getScore"；
        • getReturnType()：返回方法返回值类型，也是一个Class实例，例如：String.class；
        • getParameterTypes()：返回方法的参数类型，是一个Class数组，例如：{String.class, int.class}；
        • getModifiers()：返回方法的修饰符，它是一个int，不同的bit表示不同的含义。
      • 如果用反射来调用substring方法。
        复制代码
         1 import java.lang.reflect.Method;
 2 
 3 public class Main {
 4     public static void main(String[] args) throws Exception {
 5         // String对象:
 6         String s = "Hello world";
 7         // 获取String substring(int)方法，参数为int:
 8         Method m = String.class.getMethod("substring", int.class);
 9         // 在s对象上调用该方法并获取结果:
10         String r = (String) m.invoke(s, 6);
11         // 打印调用结果:
12         System.out.println(r);
13     }
14 }
        复制代码

    • 调用静态方法

      • 如果获取到的Method表示一个静态方法，调用静态方法时，由于无需指定实例对象，所以invoke方法传入的第一个参数永远为null。以Integer.parseInt(String)为例。

        复制代码
         1 import java.lang.reflect.Method;
 2 
 3 public class Main {
 4     public static void main(String[] args) throws Exception {
 5         // 获取Integer.parseInt(String)方法，参数为String:
 6         Method m = Integer.class.getMethod("parseInt", String.class);
 7         // 调用该静态方法并获取结果:
 8         Integer n = (Integer) m.invoke(null, "12345");
 9         // 打印调用结果:
10         System.out.println(n);
11     }
12 }
        复制代码

    • 调用非public方法

      • 和Field类似，对于非public方法，虽然可以通过Class.getDeclaredMethod()获取该方法实例，但直接对其调用将得到一个IllegalAccessException。为了调用非public方法，通过Method.setAccessible(true)允许其调用。

        复制代码
        import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person p = new Person();
        Method m = p.getClass().getDeclaredMethod("setName", String.class);
        m.setAccessible(true);
        m.invoke(p, "Bob");
        System.out.println(p.name);
    }
}

class Person {
    String name;
    private void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
        复制代码

    • 多态

      • 一个Person类定义了hello()方法，并且它的子类Student也覆写了hello()方法，那么，从Person.class获取的Method，作用于Student实例时（如下）。结果可知使用反射调用方法时，仍然遵循多态原则：即总是调用实际类型的覆写方法（如果存在）。　

        复制代码
         1 import java.lang.reflect.Method;
 2 
 3 public class Main {
 4     public static void main(String[] args) throws Exception {
 5         // 获取Person的hello方法:
 6         Method h = Person.class.getMethod("hello");
 7         // 对Student实例调用hello方法:
 8         h.invoke(new Student());
 9     }
10 }
11 
12 class Person {
13     public void hello() {
14         System.out.println("Person:hello");
15     }
16 }
17 
18 class Student extends Person {
19     public void hello() {
20         System.out.println("Student:hello");
21     }
22 }
        复制代码

        通过设置setAccessible(true)来访问非public方法；

  • 调用构造方法

    • 通过反射来创建新的实例，可以调用Class提供的newInstance()方法：

      Person p = Person.class.newInstance();

      调用Class.newInstance()的局限是，它只能调用该类的public无参数构造方法。如果构造方法带有参数，或者不是public，就无法直接通过Class.newInstance()来调用。

    • 为了调用任意的构造方法，Java的反射API提供了Constructor对象，它包含一个构造方法的所有信息，可以创建一个实例。Constructor对象和Method非常类似，不同之处仅在于它是一个构造方法，并且，调用结果总是返回实例。

      复制代码
       1 import java.lang.reflect.Constructor;
 2 
 3 public class Main {
 4     public static void main(String[] args) throws Exception {
 5         // 获取构造方法Integer(int):
 6         Constructor cons1 = Integer.class.getConstructor(int.class);
 7         // 调用构造方法:
 8         Integer n1 = (Integer) cons1.newInstance(123);
 9         System.out.println(n1);
10 
11         // 获取构造方法Integer(String)
12         Constructor cons2 = Integer.class.getConstructor(String.class);
13         Integer n2 = (Integer) cons2.newInstance("456");
14         System.out.println(n2);
15     }
16 }
      复制代码

    • 通过Class实例获取Constructor的方法

      • getConstructor(Class...)：获取某个public的Constructor；
      • getDeclaredConstructor(Class...)：获取某个Constructor；
      • getConstructors()：获取所有public的Constructor；
      • getDeclaredConstructors()：获取所有Constructor。

      注意Constructor总是当前类定义的构造方法，和父类无关，因此不存在多态的问题。

      调用非public的Constructor时，必须首先通过setAccessible(true)设置允许访问。setAccessible(true)可能会失败。

  • 获取继承关系

    • 有了Class实例，还可以获取它的父类的Class。
      复制代码
      public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class i = Integer.class;
        Class n = i.getSuperclass();
        System.out.println(n);
        Class o = n.getSuperclass();
        System.out.println(o);
        System.out.println(o.getSuperclass());
    }
}
      复制代码

    • 由于一个类可能实现一个或多个接口，通过Class可以查询到实现的接口类型。

      复制代码
      import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class s = Integer.class;
        Class[] is = s.getInterfaces();
        for (Class i : is) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}
      复制代码

      getInterfaces()只返回当前类直接实现的接口类型，并不包括其父类实现的接口类型。对所有interface的Class调用getSuperclass()返回的是null，获取接口的父接口要用getInterfaces()。如果一个类没有实现任何interface，那么getInterfaces()返回空数组。

    • 判断一个实例是否是某个类型时，正常情况下，使用instanceof操作符，如果是两个Class实例，要判断一个向上转型是否成立，可以调用isAssignableFrom()。
      复制代码
      // Integer i = ?
Integer.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true，因为Integer可以赋值给Integer
// Number n = ?
Number.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true，因为Integer可以赋值给Number
// Object o = ?
Object.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true，因为Integer可以赋值给Object
// Integer i = ?
Integer.class.isAssignableFrom(Number.class); // false，因为Number不能赋值给Integer
      复制代码
  • 动态代理
    • 所有interface类型的变量总是通过向上转型并指向某个实例的。 
      CharSequence cs = new StringBuilder();

    • Java标准库提供了一种动态代理（Dynamic Proxy）的机制：可以在运行期动态创建某个interface的实例。所谓动态代理，是和静态相对应的。

      复制代码
      静态代码
      定义接口：

public interface Hello {
    void morning(String name);
}
编写实现类：

public class HelloWorld implements Hello {
    public void morning(String name) {
        System.out.println("Good morning, " + name);
    }
}
创建实例，转型为接口并调用：

Hello hello = new HelloWorld();
hello.morning("Bob");
      复制代码
      复制代码
      动态代码

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        InvocationHandler handler = new InvocationHandler() {
            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                System.out.println(method);
                if (method.getName().equals("morning")) {
                    System.out.println("Good morning, " + args[0]);
                }
                return null;
            }
        };
        Hello hello = (Hello) Proxy.newProxyInstance(
            Hello.class.getClassLoader(), // 传入ClassLoader
            new Class[] { Hello.class }, // 传入要实现的接口
            handler); // 传入处理调用方法的InvocationHandler
        hello.morning("Bob");
    }
}

interface Hello {
    void morning(String name);
}
      复制代码

      运行期动态创建一个interface实例的方法如下：

      1. 定义一个InvocationHandler实例，它负责实现接口的方法调用；
      2. 通过Proxy.newProxyInstance()创建interface实例，它需要3个参数：
        1. 使用的ClassLoader，通常就是接口类的ClassLoader；
        2. 需要实现的接口数组，至少需要传入一个接口进去；
        3. 用来处理接口方法调用的InvocationHandler实例。
      3. 将返回的Object强制转型为接口。　　
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原文地址：https://www.cnblogs.com/ma13461749958/p/14235499.html