面试官：反射都不会，还敢说自己会Java？

一、反射机制

1.1 框架

  在学习Java的路上，相信你一定使用过各种各样的框架。所谓的框架就是一个半成品软件，已经对基础的代码进行了封装并提供相应的API。在框架的基础上进行软件开发，可以简化编码。学习使用框架并不需要了解反射，但是如果想要自己写一个框架，那么就需要对反射机制有很深入的了解。

1.2 什么是反射机制？

  在程序运行状态中，对于任意一个类或对象，都能够获取到这个类的所有属性和方法（包括私有属性和方法），这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能就称为反射机制。简单来讲，通过反射，类对我们是完全透明的，想要获取任何东西都可以。

1.3 反射的优点

1. 可以在程序运行过程中，操作这些对象；
2. 可以解耦，提高程序的可扩展性。

在学习反射以前，我们先来了解一下Java代码在计算机中所经历的三个阶段：

1. Source源代码阶段：.java被编译成*.class字节码文件。
2. Class类对象阶段：.class字节码文件被类加载器加载进内存，并将其封装成Class对象（用于在内存中描述字节码文件），Class对象将原字节码文件中的成员变量抽取出来封装成数组Field[],将原字节码文件中的构造函数抽取出来封装成数组Construction[]，将成员方法封装成数组Method[]。当然Class类内不止这三个，还封装了很多，我们常用的就这三个。
3. RunTime运行时阶段：使用new创建对象的过程。
   

二、获取Class对象

2.1 获取Class对象的三种方式

1. 【Source源代码阶段】 Class.forName(“全类名”)：将字节码文件加载进内存，返回Class对象；
   多用于配置文件，将类名定义在配置文件中，通过读取配置文件加载类。
2. 【Class类对象阶段】 类名.class：通过类名的属性class获取；
   多用于参数的传递
3. 【Runtime运行时阶段】对象.getClass()：此方法是定义在Objec类中的方法，因此所有的类都会继承此方法。
   多用于对象获取字节码的方式

2.2 方法演示

public class getClass {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
        //方式一：Class.forName("全类名");
        Class class1 = Class.forName("zzuli.edu.cn.Person");   //Person自定义实体类
        System.out.println("class1 = " + class1);

        //方式二：类名.class
        Class class2 = Person.class;
        System.out.println("class2 = " + class2);

        //方式三：对象.getClass();
        Person person = new Person();
        Class class3 = person.getClass();
        System.out.println("class3 = " + class3);

        //比较三个对象
        System.out.println(class1 == class2);    //true
        System.out.println(class1 == class3);    //true
    }
}

运行结果：

通过上述比较三个对象的结果可以得出一个结论：同一个字节码文件(*.class)在一次程序运行过程中，只会被加载一次，无论通过哪一种方式获取的Class对象都是同一个。

三、 Class对象的功能

3.1 获取功能

这里只写出一些常用的，具体可以参看jdk的帮助文档。

1. 获取成员变量

Field[] getFields()          //获取所有public修饰的成员变量
Field getField(String name)  //获取指定名称的public修饰的成员变量

Field[] getDeclaredFields()  //获取所有的成员变量，不考虑修饰符
Field getDeclaredField(String name)  //获取指定的成员变量，不考虑修饰符

2. 获取构造方法

Constructor<?>[] getConstructors() //获取所有public修饰的构造函数
Constructor<T> getConstructor(类<?>... parameterTypes)  //获取指定的public修饰的构造函数

Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()  //获取所有的构造函数，不考虑修饰符
Constructor<T> getDeclaredConstructor(类<?>... parameterTypes)  //获取指定的构造函数，不考虑修饰符

3. 获取成员方法

Method[] getMethods()           //获取所有public修饰的成员方法
Method getMethod(String name, 类<?>... parameterTypes) //获取指定名称的public修饰的成员方法

Method[] getDeclaredMethods()  //获取所有的成员方法，不考虑修饰符
Method getDeclaredMethod(String name, 类<?>... parameterTypes) //获取指定名称的成员方法，不考虑修饰符

4. 获取全类名

StringgetName() 

3.2 Field：成员变量

• （1）设置值 void set(Object obj, Object value)
• （2）获取值 get(Object obj)
• （3）忽略访问权限修饰符的安全检查 setAccessible(true):暴力反射

3.2.1 测试的实体类

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;

@Setter
@Getter
@ToString
public class Person {

    public String a;        //最大范围public
    protected String b;     //受保护类型
    String c;               //默认的访问权限
    private String d;       //私有类型

}

3.2.2 测试getFields和getField(String name)方法

/**
 *      获取成员变量
 *    * Field[] getFields()
 *    * Field getField(String name)
 *     @throws Exception
 */
public class reflectDemo1{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
        //获取Person的Class对象
        Class personClass = Person.class;

        //1、Field[] getFields()获取所有public修饰的成员变量
        Field[] fields = personClass.getFields();
        for(Field field : fields){
            System.out.println(field);
        }

        System.out.println("=============================");

        //2.Field getField(String name) 获取指定名称的public修饰的成员变量
        Field a = personClass.getField("a");
        //获取成员变量a的值 [也只能获取公有的，获取私有的或者不存在的字符会抛出异常]
        Person p = new Person();
        Object value = a.get(p);
        System.out.println("value = " + value);//因为在Person类中a没有赋值，所以为null

        //设置成员变量a的属性值
        a.set(p,"张三");
        System.out.println(p);
    }
}

运行结果：

3.2.3 测试 getDeclaredFields 和 getDeclaredField(String name)方法

/**
 *     Field[] getDeclaredFields()
 *     Field getDeclaredField(String name)
 *     @throws Exception
 */
public class reflectDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
        //获取Person的Class对象
        Class personClass = Person.class;

        //Field[] getDeclaredFields()：获取所有的成员变量，不考虑修饰符
        Field[] declaredFields = personClass.getDeclaredFields();
        for(Field filed : declaredFields){
            System.out.println(filed);
        }

        System.out.println("===================================");

        //Field getDeclaredField(String name) //获取指定的成员变量，不考虑修饰符
        Field d = personClass.getDeclaredField("d"); //private String d;
        Person p = new Person();

        //Object value1 = d.get(p);  //如果直接获取会抛出异常，因为对于私有变量虽然能会获取到，但不能直接set和get，必须忽略访问权限修饰符的安全检查后才可以
        //System.out.println("value1 = " + value1); 

        //忽略访问权限修饰符的安全检查，又称为暴力反射
        d.setAccessible(true);
        Object value2 = d.get(p);
        System.out.println("value2 = " + value2);
    }
}

运行结果

注意：如果没有忽略访问修饰符直接访问会抛出如下所示的异常

3.3 Constructor:构造方法

创建对象：T newInstance(Object… initargs)
注意：如果使用空参数构造方法创建对象，操作可以简化：直接使用Class对象的newInstance方法。

3.3.1 修改测试的实体类

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;

@Setter
@Getter
@ToString
public class Person {

    private String name;
    private Integer age;

    //无参构造函数
    public Person() {

    }
    
    //单个参数的构造函数，且为私有构造方法
    private Person(String name){
    
    }

    //有参构造函数
    public Person(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

3.3.2 测试获取构造函数的方法

/**
 *    获取构造方法
 *    Constructor<?>[] getConstructors()
 *    Constructor<T> getConstructor(类<?>... parameterTypes)
 */
public class reflectDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //获取Person的Class对象
        Class personClass = Person.class;

        //Constructor<?>[] getConstructors() //获取所有public修饰的构造函数
        Constructor[] constructors = personClass.getConstructors();
        for(Constructor constructor : constructors){   
            System.out.println(constructor);
        }

        System.out.println("==========================================");

        //获取无参构造函数   注意：Person类中必须要有无参的构造函数，不然抛出异常
        Constructor constructor1 = personClass.getConstructor(); 
        System.out.println("constructor1 = " + constructor1);
        //使用获取到的无参构造函数创建对象
        Object person1 = constructor1.newInstance();
        System.out.println("person1 = " + person1);


        System.out.println("==========================================");

        //获取有参的构造函数  //public Person(String name, Integer age) 参数类型顺序要与构造函数内一致，且参数类型为字节码文件类型
        Constructor constructor2 = personClass.getConstructor(String.class,Integer.class);
        System.out.println("constructor2 = " + constructor2);
        //使用获取到的有参构造函数创建对象
        Object person2 = constructor2.newInstance("zhangsan", 22);   //获取的是有参的构造方法，就必须要指定参数
        System.out.println(person2);

        System.out.println("=========================================");

        //对于一般的无参构造函数，我们都不会先获取无参构造器之后在进行初始化,而是直接调用Class类内的newInstance()方法
        Object person3 = personClass.newInstance();
        System.out.println("person3 = " + person3);
    }
}

运行结果：

总结：如果使用无参构造方法创建对象，操作可以进行简化：直接使用Class对象的newInstance方法创建即可。

对于多出个Declared关键词的两个方法，与不带这个词的两个方法的对比，与之前3.2叙述的一样，getDeclaredConstructor方法可以获取到任何访问权限的构造器，而getConstructor方法只能获取public修饰的构造器，具体不再测试。此外在构造器的对象内也有setAccessible(true)方法，把它设置成true就可以操作了。

3.4 Method：方法对象

• 执行方法：Object invoke(Object obj, Object… args)

3.4.1 修改测试的实体类

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;

@Setter
@Getter
@ToString
public class Person {

    private String name;
    private Integer age;

    //无参构造函数
    public Person() {

    }

    //有参构造函数
    public Person(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    //无参方法
    public void eat(){
        System.out.println("eat...");
    }

    //重载有参方法
    public void eat(String food){
        System.out.println("eat..."+food);
    }
}

3.4.2 测试获取成员方法的方法

/**
 *     获取成员方法
 *    * Method[] getMethods()
 *    * Method getMethod(String name, 类<?>... parameterTypes)
 */
public class reflectDemo4 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //获取Person的Class对象
        Class personClass = Person.class;

        //获取指定名称的方法
        Method eat_method1 = personClass.getMethod("eat");
        //执行方法
        Person person = new Person();
        Object rtValue = eat_method1.invoke(person);//如果方法有返回值类型可以获取到，没有就为null
        //因为eat方法没有返回值，故输出null
        System.out.println("rtValue = " + rtValue);

        System.out.println("--------------------------------------------");

        //获取有参的函数，有两个参数：第一个参数为方法名，第二个参数是获取方法的参数类型的字节码文件
        Method eat_method2 = personClass.getMethod("eat", String.class);
        //执行方法
        eat_method2.invoke(person,"苹果");

        System.out.println("============================================");

        //获取方法列表
        Method[] methods = personClass.getMethods();
        for(Method method : methods){     //注意：获取到的方法不仅仅是Person类内自己的方法
            System.out.println(method);   //继承Object中的方法也会被获取到（当然前提是public修饰的）
        }
    }
}

运行结果

我们可以看出Person内的public方法都被打印出来了，此外Object中的public方法也都被打印出来了。

同之前的叙述一样，带有Declared关键字的方法这两个方法，可以获取到任意修饰符的方法。同样也提供了setAccessible(true)方法进行暴力反射。

综上所述：在反射面前没有公有私有，都可以通过暴力反射解决。

3.5 获取全类名

getName()方法获取的类名是全类名（带有路径）

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

        //获取Person的Class对象
        Class personClass = Person.class;
        //获取全类名
        String className = personClass.getName();
        System.out.println(className);
    }
}

运行结果

四、反射机制的应用案例

4.1 案例分析

4.1.1 需求

写一个"框架"，在不改变该类的任何代码的前提下，可以帮我们创建任意类的对象，并且执行其中的任意方法。

4.1.2 实现

（1）配置文件
（2）反射机制

4.1.3 步骤

（1）将需要创建的对象的全类名和需要执行的方法定义在配置文件中
（2）在程序中加载读取配置文件
（3）使用反射技术把类文件加载进内存
（4）创建对象
（5）执行方法

4.2 代码实现

4.2.1 需要的实体类

(1)Person类

public class Person {
    //无参方法
    public void eat(){
        System.out.println("eat...");
    }
}

(2)Student类

public class Student {
    //无参方法
    public void study(){
        System.out.println("I am a Student");
    }
}

4.2.2 编写配置文件

className= zzuli.edu.cn.Person
methodName = eat

4.2.3 实现框架

/**
  * 前提：不能改变该类的任何代码。可以创建任意类的对象，可以执行任意方法
  * 即：拒绝硬编码
  */
public class ReflectTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
        //1.加载配置文件
        //1.1创建Properties对象
        Properties pro = new Properties();
        //1.2加载配置文件
        //1.2.1获取class目录下的配置文件(使用类加载器)
        ClassLoader classLoader = ReflectTest.class.getClassLoader();
        InputStream inputStream = classLoader.getResourceAsStream("pro.properties");
        pro.load(inputStream);

        //2.获取配置文件中定义的数据
        String className = pro.getProperty("className");
        String methodName = pro.getProperty("methodName");

        //3.加载该类进内存
        Class cls = Class.forName(className);
        //4.创建对象
        Object obj = cls.newInstance();
        //5.获取方法对象
        Method method = cls.getMethod(methodName);
        //6.执行方法
        method.invoke(obj);
    }
}

4.2.4 运行结果

4.2.5 修改配置文件，再次运行

//将配置文件内的信息修改为Student类及类内的study方法
className = zzuli.edu.cn.Student
methodName = study

运行结果

优点：对于框架来说，已经对基础的代码进行了封装并提供相应的API。在框架的基础上进行软件开发，可以简化编码。但如果我们使用传统的new形式来实例化，那么当类更改时我们就要修改Java代码，这是很繁琐的。修改Java代码以后我们还要进行重新编译、测试、发布等一系列的操作。而如果我们仅仅只是修改配置文件，而不需要修改Java代码就简单的多。此外使用反射还能达到解耦的效果，如果我们使用的是new这种形式进行对象的实例化。此时如果在项目的某一个小模块中我们的一个实例类丢失了，那么在编译期间就会报错，会导致整个项目无法启动。而对于反射创建对象Class.forName(“全类名”)这种形式，我们在编译期需要的仅仅只是一个字符串（全类名），在编译期不会报错，这样其他的模块就可以正常的运行，而不会因为一个模块的问题导致整个项目崩溃。

如果你认真看完了这篇文章，反射就应该掌握的差不多了，在接下来的几篇文章中，我会使用反射来实现热加载、反编译，并且使用反射来简单封装一个Spring框架和MyBatis框架。如果想要对反射机制有更深入的了解，可以看后续的文章。