Java反射机制

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。 

先上实例：

package reflec;

public class Animal {

    private String name;
    private String sex;
    private int age;
    
    public Animal(){
        
    }
    
    public Animal(String name, String sex, int age){
        this.name = name;
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getSex() {
        return sex;
    }

    public void setSex(String sex) {
        this.sex = sex;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public void getInfo(){
        System.out.println("name:"+name+"sex:"+sex+"age:"+age);
    }
}

package reflec;

import java.lang.reflect.Method;

public class ReflectTest {

    public static Animal test() throws Exception{
        ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        Class animal = loader.loadClass("reflec.Animal");
        
        Animal animalIns = (Animal) animal.newInstance();
        Method setName = animal.getMethod("setName", String.class);
        setName.invoke(animalIns, "哈士奇");
        Method setSex = animal.getMethod("setSex", String.class);
        setSex.invoke(animalIns, "雄");
        Method setAge = animal.getMethod("setAge", int.class);
        setAge.invoke(animalIns, 2);
        return animalIns;
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ReflectTest test = new ReflectTest();
        Animal animal = test.test();
        animal.getInfo();
    }
}

输出：

name:哈士奇 sex:雄 age:2

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的各项功能了。在①处，我们获取当前线程的ClassLoader，然后通过指定的全限定类“com.baobaotao.beans.Car”装载Car类对应的反射实例。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newInstrance()方法实例化Car对象，其效果等同于new Car()。在③处，我们又通过Car的反射类对象的getMethod（String methodName,Class paramClass）获取属性的Setter方法对象，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。获取方法反射对象后，即可通过invoke（Object obj,Object param）方法调用目标类的方法，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。 

类装载器ClassLoader 

类装载器工作机制 

类装载器就是寻找类的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，要经过以下步骤： 

[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： 

    [2.1]校验：检查载入Class文件数据的正确性； 

    [2.2]准备：给类的静态变量分配存储空间； 

    [2.3]解析：将符号引用转成直接引用； 

[3.]初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作。 

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在运行时会产生三个ClassLoader：根装载器、ExtClassLoader（扩展类装载器）和AppClassLoader（系统类装载器）。其中，根装载器不是ClassLoader的子类，它使用C++编写，因此我们在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。默认情况下，使用AppClassLoader装载应用程序的类，我们可以做一个实验：

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());  
    }  
}

输出结果：

current loader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@131f71a 
parent loader:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15601ea 
/* 根装载器在Java中访问不到，所以返回null */
grandparent loader:null

通过以上的输出信息，我们知道当前的ClassLoader是AppClassLoader，父ClassLoader是ExtClassLoader，祖父ClassLoader是根类装载器，因为在Java中无法获得它的句柄，所以仅返回null。

Java反射机制 

Class反射对象描述类语义结构，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.reflect包中定义，下面是最主要的三个反射类： 

•   Constructor：类的构造函数反射类，通过Class#getConstructors()方法可以获得类的所有构造函数反射对象数组。在JDK5.0中，还可以通过getConstructor(Class... parameterTypes)获取拥有特定入参的构造函数反射对象。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。在JDK5.0中该方法演化为更为灵活的形式：newInstance (Object... initargs)。
•   Method：类方法的反射类，通过Class#getDeclaredMethods()方法可以获取类的所有方法反射类对象数组Method[]。在JDK5.0中可以通过getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes)获取特定签名的方法，name为方法名；Class...为方法入参类型列表。Method最主要的方法是invoke(Object obj, Object[] args)，obj表示操作的目标对象；args为方法入参，代码清单3 10③处演示了这个反射类的使用方法。在JDK 5.0中，该方法的形式调整为invoke(Object obj, Object... args)。此外，Method还有很多用于获取类方法更多信息的方法：
      1）Class getReturnType()：获取方法的返回值类型； 

      2）Class[] getParameterTypes()：获取方法的入参类型数组； 

      3）Class[] getExceptionTypes()：获取方法的异常类型数组； 

      4）Annotation[][] getParameterAnnotations()：获取方法的注解信息，JDK 5.0中的新方法；
•   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)，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，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, boolean value)、setInt(Object obj, int value)等。

此外，Java还为包提供了Package反射类，在JDK 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的成员变量和方法，只要JVM的安全机制允许，也可以通过反射进行调用，请看下面的例子

package com.baobaotao.reflect;  
public class PrivateCar {  
       //①private成员变量：使用传统的类实例调用方式，只能在本类中访问  
   private String color;   
        //②protected方法：使用传统的类实例调用方式，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在外部访问私有变量、调用私有方法的，但通过反射机制却可以绕过这个限制

public class PrivateCarReflect {  
   public static void main(String[] args) throws Throwable{  
       ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();  
       Class clazz = loader.loadClass("com.baobaotao.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"); JDK5.0下使用  
         
        //②取消Java语言访问检查以访问protected方法  
       driveMtd.setAccessible(true);   
        driveMtd.invoke(pcar,(Object[])null);  
  }  
}

输出结果

drive private car! the color is:红色

在访问private、protected成员变量和方法时必须通过setAccessible(boolean access)方法取消Java语言检查，否则将抛出IllegalAccessException。如果JVM的安全管理器设置了相应的安全机制，调用该方法将抛出SecurityException。