Java反射机制深度剖析原创
Java反射机制是Java语言中一种很重要的机制，可能在工作中用到的机会不多，但是在很多框架中都有用到这种机制。我们知道Java是一门静态语言，在程序编译时变量的数据类型都已经确定，那么在Java运行时环境中，对于任意一个类，我们能否知道这个类有哪些属性和方法？对于任意一个对象，能否调用它的任意一个方法？答案是肯定的。这种动态获取类的信息以及动态调用对象的方法的功能来自于Java的反射机制（Reflection）。
1、Java反射机制提供的功能
主要提供了以下几个功能：
1）在运行时判断任意一个对象所属的类；
2）在运行时构造任意一个类的对象；
3）在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法；
4）在运行时调用任意一个对象的方法。
反射让Java具有了动态的特性，这种机制允许程序在运行时透过Reflection API获取任意一个已知名称的类的内部信息，包括成员变量（fields）、方法（methods）、实现的接口（interfaces）、Java语言修饰符（modifiers）以及它的父类（superclass）等等，并可在运行时改变成员变量的内容或调用方法。
2、Java Reflection API
在JDK中，提供了以下类来实现Java反射机制，这些类都位于java.lang.reflect包下：
Class类：代表一个类（注意：Class类位于java.lang包下）；
Field类：代表类的成员变量；
Method类：代表类的方法；
Constructor类：代表类的构造方法；
Array类：提供了动态创建数组，以及访问数组的元素的静态方法。
通过API提供的这些类里的方法，我们可以动态获取想要的类的内部信息。
3、获取类的Class对象
Class类的实例表示正在运行的Java程序中的类和接口，每一个类都有对应的Class对象，不管一个类生成了多少个对象，这些对象都对应内存里的同一个Class对象。Class类没有public的构造方法，Class对象是在加载类时由Java虚拟机自动构建的。
有以下几种方式来获取一个类的Class对象：
1）Class类提供的静态方法：forName(String className)，参数className表示所需类的完全限定名。
public class GetClassObject {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String");
System.out.println(classType);//输出：class java.lang.String
}
}2）运用.class语法
1 public class GetClassObject {
2
3 public static void main(String[] args) throws Exception {
4
5 Class<?> classType = String.class;
6
7 System.out.println(classType);//输出：class java.lang.String
8 }
9
10 }3）Object类提供的方法：getClass()
1 public class GetClassObject {
2
3 public static void main(String[] args) throws Exception {
4
5 Map map = new HashMap();
6 Class<?> classType = map.getClass();
7
8 System.out.println(classType);//输出：class java.util.HashMap
9 }
10
11 }4、获取类的Field（成员变量）对象
类的每一个成员变量都对应一个Field对象，Class类提供了以下方法来获取类的成员变量对应的Field对象：
1）Field getDeclaredField(String name)：根据传入的变量名称返回此Class对象所表示的类或接口中声明的变量对应的Field对象。
2）Field[] getDeclaredFields()：返回一个Field类型的数组，包含此Class对象所表示的类或接口中声明的所有变量的Field对象。
3）Field getField(String name)：根据传入的变量名返回一个Field对象，注意与getDeclaredField(String name)不同的是，此方法返回的是public变量对应的Field对象。
4）Field[] getFields()：返回一个Field类型的数组，注意与Field[] getDeclaredFields()方法不同的是，此方法返回的是所有public变量对应的Field对象。
代码示例：
1 public class GetFieldObject {
2
3 public static void main(String[] args) throws Exception {
4
5 //首先，获得String类的Class对象
6 Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String");
7
8 //获得String类中声明的所有成员变量的Field对象的数组
9 Field[] fields = classType.getDeclaredFields();
10 for(Field field : fields){
11 System.out.println(field);
12 }
13
14 System.out.println("---------------------------------------------------------------------");
15
16 //获得String类中声明的public成员变量的Field对象的数组
17 Field[] publicFields = classType.getFields();
18 for(Field field : publicFields){
19 System.out.println(field);
20 }
21
22 }
23
24 }输出结果：
从结果输出可以看出getDeclaredFields()与getFields()的区别：getDeclaredFields()返回的是所有属性的Field对象；而getFields()返回的是声明为public的属性的Field对象。
5、获取类的Method对象
类中的每一个方法都对应一个Method对象，Class类提供了以下方法来获取类中的方法对应的Method对象：
1）Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：返回一个Method对象，参数name表示方法名，可变参数parameterTypes是一个Class对象的数组，代表方法的参数的Class类型；
2）Method[] getDeclaredMethods()：返回Method对象的一个数组，这些对象反映此Class对象所表示的类或接口声明的所有方法，包括公共、保护、默认访问和私有方法，但不包括继承的方法；
3）Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：返回一个Method对象，注意和此Method对象对应的方法是公共(public)方法；
4）Method[] getMethods()：返回一个Method数组，这些对象反映此Class对象所表示的类或接口中声明的公共(public)方法（也包括父类或父接口中声明的public方法）。
代码示例：
1 public class GetMethodObject {
2
3 public static void main(String[] args) throws Exception {
4
5 //首先，获得类的Class对象
6 Class<?> classType = Class.forName("java.lang.reflect.Proxy");
7
8 //获得类中声明的所有方法的Method对象的数组，不包括继承的父类的方法
9 Method[] methods = classType.getDeclaredMethods();
10 for(Method method : methods){
11 System.out.println(method);
12 }
13
14 System.out.println("----------------------------------------------------------------------");
15
16 //获得类中的public方法的Method对象的数组，也包括继承的父类的public方法
17 Method[] publicMethods = classType.getMethods();
18 for(Method method : publicMethods){
19 System.out.println(method);
20 }
21
22 }
23
24 }
6、用反射机制调用对象的方法
Java反射机制可以在运行时动态调用类中的方法，Java Reflection API提供了我们所需的方法来完成动态调用。要想调用类中的方法首先要创建一个对象，我们通过类的Class对象来创建它所代表的类的实例，通过Class对象我们还能获得类中声明的方法的Method对象，Method类提供了Invoke方法来调用此Method对象所表示的方法。反射机制调用方法代码示例如下：
1 public class InvokeTester {
2
3 public static int add(int a, int b){
4 return a + b;
5 }
6
7 public static String echo(String str){
8 return "hello "+str;
9 }
10
11
12 public static void main(String[] args) throws Exception {
13 // InvokeTester invoke = new InvokeTester();
14 // System.out.println(invoke.add(1, 2));
15 // System.out.println(invoke.echo("tom"));
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18 //用反射机制调用，首先获得类的Class对象
19 Class<?> classType = InvokeTester.class;
20
21 //通过Class对象获得一个InvokeTester类的实例
22 Object invoke = classType.newInstance();
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24 //获得add(int a, int b)方法的Method对象，getMethod方法的参数为方法名和方法参数类型的Class对象的数组
25 Method addMethod = classType.getMethod("add", int.class, int.class);
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27 //通过Method类的invoke方法，调用invoke对象的add方法
28 Object result = addMethod.invoke(invoke, 1, 2);
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30 System.out.println(result);
31
32 Method echoMethod = classType.getMethod("echo", String.class);
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34 Object result2 = echoMethod.invoke(invoke, "Tom");
35
36 System.out.println(result2);
37
38 }
39 }
7、用反射机制调用类的私有方法
我们知道正常情况下一个类的私有方法只允许这个类本身来调用，但使用反射机制能打破这种访问限制，让其他的类也能调用这个类的私有的方法。这种场景在实际开发中很少用到，Java也不提倡这种用法。代码示例如下：
public class Private {
//定义一个私有方法
private String sayHello(String name){
return "hello, "+name;
}
}
public class PrivateTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//调用Private类的私有方法
Private p = new Private();
Class<?> classType = p.getClass();
Method method = classType.getDeclaredMethod("sayHello", String.class);
method.setAccessible(true);//取消Java访问检查,如果不设置此项则会报错
String str = (String)method.invoke(p, "Tracy");
System.out.println(str);//输出：hello, Tracy
}
}Method、Field、Constructor类有一个共同的父类AccessibleObject类，它提供了将反射的对象标记为在使用时取消默认Java语言访问控制检查的能力。在上面的代码中，我们在反射对象Method中设置accessible标志，它允许程序以某种通常禁止的方式来操作对象。
8、用反射机制操作类的私有变量
与前面调用类的私有方法类似，通过反射我们还能操作类的私有变量，代码示例如下：
1 public class Private2 {
2 //定义私有变量
3 private String name = "zhangsan";
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5 public String getName(){
6 return name;
7 }
8 }
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11 public class PrivateTest2 {
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13 public static void main(String[] args) throws Exception {
14 //改变Private2类的私有变量的值
15 Private2 p = new Private2();
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17 Class<?> classType = p.getClass();
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19 Field field = classType.getDeclaredField("name");
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21 field.setAccessible(true);//取消默认java访问控制检查，Field类的父类AccessibleObject类提供的方法
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23 field.set(p, "lisi");//Field类的set(Object obj, Object value)方法将指定对象上此Field对象表示的字段设置为指定的新值
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25 System.out.println(p.getName());//输出：lisi
26
27 }
28
29 }以上这些内容，我介绍了Java反射机制的中涉及的主要的几个类以及这些类的基本用法，这些类中还有很多的方法，大家可以通过查看API进行了解，用法都很简单。Java反射机制在很多框架的底层实现中有用到，还有一种很重要的设计模式也用到了反射，那就是代理模式中的动态代理，了解了动态代理模式的思想对我们研究框架有很大帮助，我会在后面的博客中介绍这些内容，欢迎大家共同探讨。
