Java反射机制——类的加载方法、创建对象、获取方法以及结构

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Reflection （反射）被视为动态语言的关键，为什么这么说呢，是因为它在运行时就确定下来了。反射机制允许程序在执行期间借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

框架=反射+注解+设计模式

一、什么是反射？

加载完类之后，在堆内的方法区中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个class对象），这个对象就包含了完整类的结构信息，我们可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，我们形象称之为：反射。

二、 反射中类的加载

1、什么是类的加载

什么是类的加载呢？类的加载就是将类的class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象，也就是说当程序使用任何类时，系统都会为之建立一个java.lang.Class对象，创建对象是则系统会通过加载、连接、初始化这三个步骤对该类进行初始化。

Java反射机制——类的加载方法、创建对象、获取方法以及结构插图

2、类加载的过程

程序经过javac.exe命令以后，会生成一个或多个字节码文件（.class结尾），接着我们使用java.exe命令对某些字节码文件进行解释运行，相当于将某个字节码文件加载到内存中。此过程就称为类的加载。加载到内存中的类，我们就称为运行时的类，此运行时类，就作为Class的一个实例。

加载到内存中的运行时类，会缓存一定的时间，在此时间内，我们可以通过的方式来获取此运行时的类。

3、获取Class实例的几种方式

Java反射机制——类的加载方法、创建对象、获取方法以及结构插图2

1）方式一：调用运行时类的属性：.class

Class clazz1 = Person.class;
System.out.println(clazz1);

2）方式二：通过运行时类的对象，调用：getClass()

Person p1 = new Person();
Class clazz2 = p1.getClass();
System.out.println(clazz2);

3）方式三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)

Class clazz3 = Class.forName("com.atguigu.java.Person");
//clazz3 = Class.forName("java.lang.String");
System.out.println(clazz3); 

System.out.println(clazz1 == clazz2);
System.out.println(clazz1 == clazz3);

4）方式四：使用类的加载器：ClassLoader

ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.atguigu.java.Person");
System.out.println(clazz4);

System.out.println(clazz1 == clazz4);
Java反射机制——类的加载方法、创建对象、获取方法以及结构插图4

4、类的连接

类被加载之后，系统会为之生成一个Class对象，接着会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中。类的连接又分为下面三个阶段：

  • 验证：确保被加载类的正确性
  • 准备：负责为类的静态成员分配内存，并设置默认初始化值
  • 解析：将类中的符号引用替换为直接引用
Java反射机制——类的加载方法、创建对象、获取方法以及结构插图6

5、类的加载器

Java反射机制——类的加载方法、创建对象、获取方法以及结构插图8

类加载器负责将.class文件加载到内存中，并为之生成对应的Class对象。类加载器负责加载所有的类，系统为所有加载到内存中的类生成一个java.lang.Class 的实例。

1）类加载器的组成

  • Bootstrap ClassLoader 根类加载器： 也被称为引导类加载器，负责Java核心类的加载，比如System类，在JDK中JRE的lib目录下rt.jar文件中的类
  • Extension ClassLoader 扩展类加载器： 负责JRE的扩展目录中jar包的加载，在JDK中JRE的lib目录下ext目录System ClassLoader
  • 系统类加载器： 负责在JVM启动时加载来自java命令的class文件，以及classpath环境变量所指定的jar包和类路径，主要是我们开发者自己写的类。
Java反射机制——类的加载方法、创建对象、获取方法以及结构插图10

2）类加载器的作用

将class文集爱你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的数据结构，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。

Java反射机制——类的加载方法、创建对象、获取方法以及结构插图12

3）Java反射机制提供的功能

  • 在运行时判断任意一个对象所属的类
  • 在运行时构造任意一个类的对象
  • 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
  • 在运行时获取泛型信息
  • 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
  • 在运行时处理注解
  • 生成动态代理

4）相关的API

java.lang.Class:反射的源头
java.lang.reflect.Method
java.lang.reflect.Field
java.lang.reflect.Constructor

三、创建类的对象几种方式

1、创建类的对象的方式

  • 方式一：new+构造器
  • 方式二：要创建Xxx类的对象。
  • 方式三：通过反射

2、代码举例

Class<Person> clazz=Person.class;
Person obj=clazz.newInstance();
System.out.println(obj);

3、说明

newInstance()：调用此方法，创建对应的运行时类的对象。内部调用了运行时类的空参的构造器。

1）要想此方法正常的创建运行时类的对象的要求

  • 运行时类必须提供空参的构造器
  • 空参的构造器的访问权限得够。通常，设置为public。

2）在javabean中要求提供一个public的空参构造器的原因

  • 便于通过反射，创建运行时类的对象
  • 便于子类继承此运行时类时，默认调用super()时，保证父类此构造器

四、获取运行时类的完整结构

通过反射，获取对应的运行时类中所有的属性、方法、构造器、父类、接口、父类的泛型、包、注解、异常等。典型代码：

@Test
public void test1(){
    Class clazz = Person.class;
    //获取属性结构
    //getFields():获取当前运行时类及其父类中声明为public访问权限的属性
    Field[] fields = clazz.getFields();
    for(Field f : fields){
        System.out.println(f);
    }
    System.out.println();
 
    //getDeclaredFields():获取当前运行时类中声明的所属性。（不包含父类中声明的属性
    Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
    for(Field f : declaredFields){
        System.out.println(f);
    }
}

@Test
public void test1(){
    Class clazz = Person.class;
    //getMethods():获取当前运行时类及其所父类中声明为public权限的方法
    Method[] methods = clazz.getMethods();
    for(Method m : methods){
        System.out.println(m);
    }
    System.out.println();
    //getDeclaredMethods():获取当前运行时类中声明的所方法。（不包含父类中声明的方法
    Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
    for(Method m : declaredMethods){
        System.out.println(m);
    }
}

/*
获取构造器结构
 */@Test
public void test1(){
    Class clazz = Person.class;
    //getConstructors():获取当前运行时类中声明为public的构造器
    Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
    for(Constructor c : constructors){
        System.out.println(c);
    }

    System.out.println();
    //getDeclaredConstructors():获取当前运行时类中声明的所的构造器
    Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
   for(Constructor c : declaredConstructors){
        System.out.println(c);
    }
}

/*
获取运行时类的父类
 */@Test
public void test2(){
    Class clazz = Person.class;
    Class superclass = clazz.getSuperclass();
    System.out.println(superclass);
}

/*
获取运行时类的带泛型的父类
 */@Test
public void test3(){
    Class clazz = Person.class;
    Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
    System.out.println(genericSuperclass);
}

/*
获取运行时类的带泛型的父类的泛型
代码：逻辑性代码  vs 功能性代码
 */@Test
public void test4(){
    Class clazz = Person.class;
    Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
   ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;

    //获取泛型类型
    Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();
//        System.out.println(actualTypeArguments[0].getTypeName());
    System.out.println(((Class)actualTypeArguments[0]).getName());
}



/*
获取运行时类实现的接口
 */@Test
public void test5(){
    Class clazz = Person.class;
    Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
    for(Class c : interfaces){
        System.out.println(c);
    }
    System.out.println();

    //获取运行时类的父类实现的接口
    Class[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
    for(Class c : interfaces1){
        System.out.println(c);
    }
}

/*
    获取运行时类所在的包
 */@Test
public void test6(){
    Class clazz = Person.class;
    Package pack = clazz.getPackage();
    System.out.println(pack);
}

/*
    获取运行时类声明的注解
 */@Test
public void test7(){
    Class clazz = Person.class;
    Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
    for(Annotation annos : annotations){
        System.out.println(annos);
    }
}

五、调用运行时类的指定结构

1、调用指定的属性

@Test
public void testField1() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;
 
    //创建运行时类的对象
    Person p = (Person) clazz.newInstance();
    //1. getDeclaredField(String fieldName):获取运行时类中指定变量名的属性
    Field name = clazz.getDeclaredField("name");
 
    //2.保证当前属性是可访问的
     name.setAccessible(true);
    //3.获取、设置指定对象的此属性值
    name.set(p,"Tom");
    System.out.println(name.get(p));
}

2、调用指定的方法

@Test
public void testMethod() throws Exception {
    Class clazz = Person.class;

    //创建运行时类的对象
    Person p = (Person) clazz.newInstance();
    /*
    1.获取指定的某个方法
    getDeclaredMethod():参数1 ：指明获取的方法的名称  参数2：指明获取的方法的形参列表
     */    Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);
    //2.保证当前方法是可访问的
    show.setAccessible(true);


    /*
    3. 调用方法的invoke():参数1：方法的调用者  参数2：给方法形参赋值的实参
    invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值。
     */    Object returnValue = show.invoke(p,"CHN"); //String nation = p.show("CHN");
    System.out.println(returnValue);
    System.out.println("*************如何调用静态方法*****************");
    // private static void showDesc()

    Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
    showDesc.setAccessible(true);
    //如果调用的运行时类中的方法没返回值，则此invoke()返回null
//        Object returnVal = showDesc.invoke(null);
      Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
      System.out.println(returnVal);//null
}

3、调用指定的构造器

@Test
public void testConstructor() throws Exception {
     Class clazz = Person.class;
    //private Person(String name)
 
    /*
    1.获取指定的构造器
    getDeclaredConstructor():参数：指明构造器的参数列表
     */    Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
 
    //2.保证此构造器是可访问的
    constructor.setAccessible(true);
 
    //3.调用此构造器创建运行时类的对象
    Person per = (Person) constructor.newInstance("Tom");
    System.out.println(per);
}
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