Java 反射详解

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反射是一种计算机处理方式，是程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。Java 反射使得我们可以在程序运行时动态加载一个类，动态获取类的属性、方法、构造函数等信息。反射使 Java 这一静态语言有了动态的特性。

使用

Example

public class Apple {

    private int price;

    public Apple(){}

    public Apple(int price) {
        this.price = price;
    }

    public int getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(int price) {
        this.price = price;
    }

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, 
            NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        //正常调用
        Apple apple = new Apple();
        apple.setPrice(10);
        System.out.println("Price is " + apple.getPrice());

        //反射调用
        Class clazz = Class.forName("Apple");

        //使用 getFields() 无法获取私有属性
        Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field field: fields) {
            System.out.println("Field is " + field.getName());
        }
        Method setPriceMethod = clazz.getMethod("setPrice", int.class);

        Constructor appleConstructor = clazz.getConstructor();
        Object appleObj = appleConstructor.newInstance();
        //Constructor appleConstructor = clazz.getConstructor(int.class);   //获得有参构造器
        //Object appleObj = appleConstructor.newInstance(int.class)     //调用有参构造器

        setPriceMethod.invoke(appleObj, 12);

        Method getPriceMethod = clazz.getMethod("getPrice");
        System.out.println("Price is " + getPriceMethod.invoke(appleObj));
    }
}

API

类的实例化和构造函数

获取公有构造函数，不包括父类，Class.class
public Constructor[] getConstructors()
public Constructor getConstructor(Class… parameterTypes)

获取当前类构造函数，忽略修饰符
public Constructor[] getDeclaredConstructors()
public Constructor getDeclaredConstructor(Class… parameterTypes)

构造函数调用，Constructor.class
public T newInstance(Object… initargs)

忽略修饰符，强制调用
public void setAccessible(boolean flag)

类成员变量的获取

获取公有变量，包括父类，Class.class
public Field[] getFields()
public Field getField(String name)

获取当前类成员变量，忽略修饰符
public Field[] getDeclaredFields()
public Field getDeclaredField(String name)

成员变量赋值，Field.class
//obj为实例对象
public void set(Object obj,Object value)

忽略修饰符，强制调用
public void setAccessible(boolean flag)

类方法的获取

获取公有方法，包括父类，Class.class
public Method[] getMethods()
public Method getMethod(String name, Class… parameterTypes)

获取当前类方法，忽略修饰符
public Method[] getDeclaredMethods()
public Method getDeclaredMethod(String name, Class… parameterTypes)

方法调用，Method.class
//obj为类实例化对象，如果为静态方法obj为Null
invoke(Object obj, Object… args)

忽略修饰符，强制调用
public void setAccessible(boolean flag)

类注解的获取

获取类的”annotationClass”类型的注解，包括父类
public Annotation getAnnotation(Class annotationClass)

// 获取类的全部注解 ，包括父类
public Annotation[] getAnnotations()

// 获取类自身声明的全部注解 ，忽略修饰符
public Annotation[] getDeclaredAnnotations()

类父类的获取

获取实现的全部接口
public Type[] getGenericInterfaces()

获取父类
public Type getGenericSuperclass()

原理

RTTI和Class对象

RTTI，即 Run-Time Type Identification，运行时类型识别。RTTI 能在运行时就能够自动识别每个编译时已知的类型。

很多时候需要进行向上转型，比如 Fruit 类派生出 Apple 类，当现有的方法将 Fruit 作为参数时，如果我们传入其派生类的引用，那么 RTTI 就会起作用。通过 RTTI 识别出 Apple 类是 Fruit 的派生类，然后向上转型。特别是在用接口类型作为参数的时候，这一特性更是被频繁使用。

而这些类型信息是通过一个特殊对象Class（java.lang.Class）实现的，它包含跟类相关的信息。

当程序要使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过加载、连接、初始化三步来实现对这个类进行初始化。

  • 加载 ：将 class 文件读入内存，并为之创建一个 Class 对象。任何类被使用时系统都会建立一个 Class 对象。

  • 连接：

    • 验证 是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致
    • 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 将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用

  • 初始化：如果该类有超类，则对其初始化，执行静态域和静态初始化块。

获取 Class 对象的方式有三种

  1. Object 类的 getClass() 方法，执行静态块和动态构造块

  2. 数据类型的静态属性 class ，不会初始化该类

  3. Class类中的静态方法public static Class forName(String className)，执行静态块，不执行动态构造块

RTTI和反射

Java 有两种 RTTI 方式，一种是传统的，假设在编译时已经知道了所有的类型；还有一种，是利用反射机制，在运行时再尝试确定类型信息。

RTTI和反射之间的真正区别只在于：

RTTI：编译器在编译时打开和检查.class文件
反射：运行时打开和检查.class文件

严格的说，反射也是一种形式的RTTI，不过，一般的文档资料中把RTTI和反射分开，因为一般的，大家认为 RTTI指的是传统的 RTTI，通过继承和多态来实现，在运行时通过调用超类的方法来实现具体的功能

未完待续