第二十三章 反射(reflection)

一、反射机制（重点）（P711）

1. Java Reflection

（1）反射机制允许程序在执行期借助 Reflection API 取得任何类的内部信息（比如成员变量、构造器、成员方法等等），并能操作对象的属性及方法。反射在设计模式和框架底层都会用到。
（2）加载完类之后，在堆中就产生了一个Class 类型的对象（一个类只有一个 Class 对象），这个对象包含了类的完整结构信息。通过这个对象得到类的结构。这个 Class 对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，形象的称之为：反射。

2. Java 反射机制原理示意图

3. Java 反射机制可以完成

（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）在运行时得到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成员变量和方法
（5）生成动态代理

4. 反射相关的主要类（java.lang.reflect）

（1）java.lang.Class：代表一个类
（2） java.lang.reflect.Method：代表类的方法
（3） java.lang.reflect.Field：代表类的成员变量
（4） java.lang.reflect.Constructor：代表类的构造方法

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 使用 Properties 类, 可以读写配置文件
        Properties properties = new Properties();
        properties.load(new FileInputStream("src\\re.properties"));
        String classfullpath = properties.get("classfullpath").toString();//"com.hspedu.Cat"
        String methodName = properties.get("method").toString();//"hi"

        //2. 使用反射机制解决
        //(1) 加载类, 返回 Class 类型的对象 cls
        Class cls = Class.forName(classfullpath);
        //(2) 通过 cls 得到你加载的类 com.hspedu.Cat 的对象实例
        Object o = cls.newInstance();
        System.out.println("o 的运行类型=" + o.getClass()); //运行类型
        //(3) 通过 cls 得到你加载的类 com.hspedu.Cat 的 methodName"hi" 的方法对象
        // 即：在反射中，可以把方法视为对象（万物皆对象）
        Method method1 = cls.getMethod(methodName);
        //(4) 通过 method1 调用方法: 即通过方法对象来实现调用方法
        System.out.println("=============================");
        method1.invoke(o); //传统方法 对象.方法() , 反射机制 方法.invoke(对象)

        //java.lang.reflect.Field: 代表类的成员变量, Field 对象表示某个类的成员变量
        //得到 name 字段
        //getField 不能得到私有的属性
        Field nameField = cls.getField("age");
        // 传统写法 对象.成员变量 , 反射 : 成员变量对象.get(对象)
        System.out.println(nameField.get(o));

        //java.lang.reflect.Constructor: 代表类的构造方法, Constructor 对象表示构造器
        //()中可以指定构造器参数类型, 返回无参构造器
        Constructor constructor = cls.getConstructor();
        System.out.println(constructor);//Cat()
        //这里老师传入的 String.class 就是 String 类的Class 对象
        Constructor constructor2 = cls.getConstructor(String.class);
        System.out.println(constructor2);//Cat(String name)
    }
}

5. 反射优点和缺点

优点：可以动态的创建和使用对象（是框架底层核心），使用灵活，没有反射机制，框架技术就失去底层支撑。
缺点：使用反射基本是解释执行，对执行速度有影响

6. 反射调用优化-关闭访问检查

（1）Method 和 Field、Constructor 对象都有 setAccessible() 方法。
（2）setAccessible 作用是启动和禁用访问安全检查的开关。
（3）参数值为 true 表示，反射的对象在使用时取消访问检查，提高反射的效率。参数值为 false 则表示反射的对象执行访问检查。

二、Class 类（重点）

1. 基本介绍

（1）Class 也是类，继承 Object 类。
（2）Class 类对象不是 new 出来的，而是系统创建的。

ClassLoader类
	public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }

（3）对于某个类的 Class 类对象，在内存中只有一份，因为类只加载一次。

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        Class cls1 = Class.forName("com.yiry.Demo");
        Class cls2 = Class.forName("com.yiry.Demo");

        System.out.println(cls1.hashCode()); //1625635731
        System.out.println(cls2.hashCode()); //1625635731
    }
}

（4）每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成。
（5）通过 Class 对象可以完整地得到一个类的完整结构，通过一系列 API。
（6）Class 对象是存放在堆的。
（7）类的字节码二进制数据，是放在方法区的，有的地方称为类的元数据（包括方法代码，变量名，方法名，访问权限等等）。

2. Class 类的常用方法

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String classAllPath = "com.hspedu.Car";
        //1 . 获取到 Car 类 对应的 Class 对象
        //<?> 表示不确定的 Java 类型
        Class<?> cls = Class.forName(classAllPath);
        //2. 输出 cls
        //显示 cls 对象, 是哪个类的 Class 对象 com.hspedu.Car
        System.out.println(cls);
        //输出 cls 运行类型 java.lang.Class
        System.out.println(cls.getClass());
        //3. 得到包名
        System.out.println(cls.getPackage().getName());//包名
        //4. 得到全类名
        System.out.println(cls.getName());
        //5. 通过 cls 创建对象实例
        Car car = (Car) cls.newInstance();
        System.out.println(car);//car.toString()
        //6. 通过反射获取属性 brand
        Field brand = cls.getField("brand");
        System.out.println(brand.get(car));//宝马
        //7. 通过反射给属性赋值
        brand.set(car, "奔驰");
        System.out.println(brand.get(car));//奔驰
        //8 我希望大家可以得到所有的属性(字段)
        System.out.println("=======所有的字段属性====");
        Field[] fields = cls.getFields();
        for (Field f : fields) {
            System.out.println(f.getName());//名称
        }
    }
}

三、获取 Class 类对象

1. Class.forName

前提：已知一个类的全类名，且该类在内路径下，可通过 Class 类的静态方法 forName() 获取，可能抛出 ClassNotFoundException

应用场景：多用于配置文件，读取类全路径，加载类。

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. Class.forName
        String classAllPath = "com.hspedu.Car"; //通过读取配置文件获取
        Class<?> cls1 = Class.forName(classAllPath);
        System.out.println(cls1);
    }
}

2. 类名.class

前提：若已知具体的类，通过类的 class 获取，该方式最为安全可靠，程序性能最高

应用场景：多用于参数传递，比如通过反射得到对应构造器对象。

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //2. 类名.class , 应用场景: 用于参数传递
        Class cls2 = Car.class;
        System.out.println(cls2);
    }
}

3. 对象.getClass()

前提：若已知某个类的实例，调用该实例的 getClass() 方法获取 Class 对象

应用场景：通过创建好的对象，获取 Class 对象。

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //3. 对象.getClass(), 应用场景，有对象实例
        Car car = new Car();
        Class cls3 = car.getClass();
        System.out.println(cls3);
    }
}

4. 通过类加载器来获取到类的 Class 对象

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Car car = new Car();
        String classAllPath = "com.hspedu.Car";
        //4. 通过类加载器【4 种】来获取到类的 Class 对象
        //(1)先得到类加载器 car
        ClassLoader classLoader = car.getClass().getClassLoader();
        //(2)通过类加载器得到 Class 对象
        Class cls4 = classLoader.loadClass(classAllPath);
        System.out.println(cls4);
    }
}

5. 基本数据类型.class

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //5. 基本数据(int, char,boolean,float,double,byte,long,short) 按如下方式得到 Class 类对象
        Class<Integer> integerClass = int.class;
        Class<Character> characterClass = char.class;
        Class<Boolean> booleanClass = boolean.class;
        System.out.println(integerClass);//int
    }
}

6. 基本数据类型对应的包装类.TYPE

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //6. 基本数据类型对应的包装类，可以通过 .TYPE 得到 Class 类对象
        Class<Integer> type1 = Integer.TYPE;
        Class<Character> type2 = Character.TYPE; //其它包装类 BOOLEAN, DOUBLE, LONG,BYTE 等待
        System.out.println(type1);
    }
}

四、哪些类型有 Class 对象

（1）外部类，成员内部类，静态内部类，局部内部类，匿名内部类
（2）interface：接口
（3）数组
（4）enum：枚举
（5）annotation：注解
（6）基本数据类型
（7）void

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<String> cls1 = String.class;//外部类
        Class<Serializable> cls2 = Serializable.class;//接口
        Class<Integer[]> cls3 = Integer[].class;//数组
        Class<float[][]> cls4 = float[][].class;//二维数组
        Class<Deprecated> cls5 = Deprecated.class;//注解

        Class<Thread.State> cls6 = Thread.State.class;//枚举
        Class<Long> cls7 = long.class;//基本数据类型
        Class<Void> cls8 = void.class;//void 数据类型
        Class<Class> cls9 = Class.class;//
    }
}

五、类加载（重点）

1. 基本说明

反射机制是 java 实现动态语言的关键，也就是通过反射实现类动态加载。
（1）静态加载：编译时加载相关的类，如果没有则报错，依赖性太强。
（2）动态加载：运行时加载需要的类，如果运行时不用该类，即使不存在该类，则不报错，降低了依赖性。

2. 类加载时机

（1）当创建对象时（new）//静态加载
（2）当子类被加载时，父类也加载//静态加载
（3）调用类中的静态成员时//静态加载
（4）通过反射// 动态加载

3. 类加载过程图

4. 类加载各阶段完成任务

5. 加载阶段

JVM 在该阶段的主要目的是将字节码从不同的数据源（可能是 class 文件，也可能是 jar 包，甚至网络）转化为 二进制字节流加载到内存中，并生成一个代表该类的 java.lang.Class 对象。

6. 连接阶段 - 验证

（1）目的是为了确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
（2）包括：文件格式验证（是否以魔数 oxcafebabe 开头）、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。
（3）可以考虑使用【-Xverify:none】参数来关闭大部分的类验证措施，缩短虚拟机 类加载 的时间。

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Car car = new Car();
    }
}

》Force Step into Alt+Shift+F7
》ClassLoader.java
	public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }
    
》Laucher.class
    public Class<?> loadClass(String var1, boolean var2) throws ClassNotFoundException {
            SecurityManager var4 = System.getSecurityManager();
	}

7. 连接阶段 - 准备

（1）JVM 会在该阶段对静态变量，分配内存并 默认初始化（对应数据类型的默认初始值，如 0、0L、null、false 等）。这些变量所使用的内存都将在 方法区 中进行分配。

public class Demo {

    //1. n1 是实例属性, 不是静态变量，因此在准备阶段，是不会分配内存
    //2. n2 是静态变量，分配内存 n2 是默认初始化 0 ,而不是 20
    //3. n3 是 static final 是常量, 他和静态变量不一样, 因为一旦赋值就不变 n3 = 30
    public int n1 = 10;
    public static int n2 = 20;
    public static final int n3 = 30;
}

8. 连接阶段-解析

虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
即：在Java虚拟机的运行时阶段，它会将常量池中的符号引用（如类、字段或方法的名称）替换为实际的直接引用（如内存地址或实际的对象引用）。

9. Initialization（初始化)

（1）到初始化阶段，才真正开始执行类中定义的 Java 程序代码，此阶段是执行 clinit() 方法的过程。
（2）clinit() 方法是由编译器按语句在源文件中出现的顺序，依次自动收集类中的所有静态变量的赋值动作和静态代码块中的语句，并进行合并。

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {
        //老韩分析
        //1. 加载 B 类，并生成 B 的 class 对象
        //2. 连接阶段 num = 0
        //3. 初始化阶段
        // 依次自动收集类中的所有静态变量的赋值动作和静态代码块中的语句,并合并
        /*
            clinit() {
                System.out.println("B 静态代码块被执行");
                num = 300;
                num = 100;
        	}
        合并: num = 100
        */
        System.out.println(B.num);//100, 如果直接使用类的静态属性，也会导致类的加载
    }
}

class B {
    static {
        System.out.println("B 静态代码块被执行");
        num = 300;
    }

    static int num = 100;

    public B() {//构造器
        System.out.println("B() 构造器被执行");
    }
}

（3）虚拟机会保证一个类的 clinit() 方法在多线程回家中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的 clinit() 方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行 clinit() 方法完毕。

六、通过反射获取类的结构信息（重点）

1. 第一组：java.lang.Class 类

public class Demo {

    @Test
    public void api_01() throws Exception {
        //得到 Class 对象
        Class<?> personCls = Class.forName("com.hspedu.reflection.Person");

        //getName:获取全类名
        System.out.println(personCls.getName());//com.hspedu.reflection.Person
        //getSimpleName:获取简单类名
        System.out.println(personCls.getSimpleName());//Person

        //getFields:获取所有 public 修饰的属性，包含本类以及父类的
        Field[] fields = personCls.getFields();
        for (Field field : fields) {
            System.out.println("本类以及父类的属性=" + field.getName());
        }
        //getDeclaredFields:获取本类中所有属性
        Field[] declaredFields = personCls.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            System.out.println("本类中所有属性=" + declaredField.getName());
        }

        //getMethods:获取所有 public 修饰的方法，包含本类以及父类的
        Method[] methods = personCls.getMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println("本类以及父类的方法=" + method.getName());
        }
        //getDeclaredMethods:获取本类中所有方法
        Method[] declaredMethods = personCls.getDeclaredMethods();
        for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
            System.out.println("本类中所有方法=" + declaredMethod.getName());
        }

        //getConstructors: 获取所有 public 修饰的构造器，包含本类
        Constructor<?>[] constructors = personCls.getConstructors();
        for (Constructor<?> constructor : constructors) {
            System.out.println("本类的构造器=" + constructor.getName());
        }
        //getDeclaredConstructors:获取本类中所有构造器
        Constructor<?>[] declaredConstructors = personCls.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor<?> declaredConstructor : declaredConstructors) {
            System.out.println("本类中所有构造器=" + declaredConstructor.getName());//这里老师只是输出名
        }

        //getPackage:以 Package 形式返回 包信息
        System.out.println(personCls.getPackage());//com.hspedu.reflection
        //getSuperClass:以 Class 形式返回父类信息
        Class<?> superclass = personCls.getSuperclass();
        System.out.println("父类的 class 对象=" + superclass);
        //getInterfaces:以 Class[]形式返回接口信息
        Class<?>[] interfaces = personCls.getInterfaces();
        for (Class<?> anInterface : interfaces) {
            System.out.println("接口信息=" + anInterface);
        }
        //getAnnotations:以 Annotation[] 形式返回注解信息
        Annotation[] annotations = personCls.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println("注解信息=" + annotation);//注解
        }
    }
}

2. 第二组：java.lang.reflect.Field 类

public class Demo {

    @Test
    public void api_02() throws Exception {
        //得到 Class 对象
        Class<?> personCls = Class.forName("com.hspedu.reflection.Person");

        //getModifiers:以int形式返回修饰符
        //规定 说明: 默认修饰符 是 0 ， public 是 1 ，private 是 2 ，protected 是 4 , static 是 8 ，final 是 16
        //getType：以Class形式返回类型
        //getName：返回属性名
        Field[] declaredFields = personCls.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            System.out.println("本类中所有属性=" + declaredField.getName()
                    + " 该属性的修饰符值=" + declaredField.getModifiers()
                    + " 该属性的类型=" + declaredField.getType());
        }
    }
}

3. 第三组：java.lang.reflect.Method 类

public class Demo {

    @Test
    public void api_02() throws Exception {
        //得到 Class 对象
        Class<?> personCls = Class.forName("com.hspedu.reflection.Person");

        //getDeclaredMethods:获取本类中所有方法
        //getParameterTypes：以 Class[] 返回参数类型数组
        Method[] declaredMethods = personCls.getDeclaredMethods();
        for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
            System.out.println("本类中所有方法=" + declaredMethod.getName()
                    + " 该方法的访问修饰符值=" + declaredMethod.getModifiers()
                    + " 该方法返回类型" + declaredMethod.getReturnType());
            //输出当前这个方法的形参数组情况
            Class<?>[] parameterTypes = declaredMethod.getParameterTypes();
            for (Class<?> parameterType : parameterTypes) {
                System.out.println("该方法的形参类型=" + parameterType);
            }
        }
    }
}

4. 第四组：java.lang.reflect.Constructor 类

public class Demo {

    @Test
    public void api_02() throws Exception {
        //得到 Class 对象
        Class<?> personCls = Class.forName("com.hspedu.reflection.Person");

        //getDeclaredConstructors:获取本类中所有构造器
        Constructor<?>[] declaredConstructors = personCls.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor<?> declaredConstructor : declaredConstructors) {
            System.out.println("====================");
            System.out.println("本类中所有构造器=" + declaredConstructor.getName());//这里老师只是输出名
            Class<?>[] parameterTypes = declaredConstructor.getParameterTypes();
            for (Class<?> parameterType : parameterTypes) {
                System.out.println("该构造器的形参类型=" + parameterType);
            }
        }
    }
}

七、通过反射创建对象

（1）方式一：调用类中的 public 修饰的无参构造器
（2）方式二：调用类中的指定构造器

class类相关方法
（1）newlnstance：调用类中的无参构造器，获取对应类的对象
（2）getConstructor（Class…clazz）：根据参数列表，获取对应的 public 构造器对象
（3）getDecalaredConstructor（Class…clazz）：根据参数列表，获取对应的所有构造器对象

Constructor 类相关方法
（1）setAccessible:暴破
（2）newlnstance（Object…obj）：调用构造器

public class ReflecCreateInstance {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 先获取到 User 类的 Class 对象
        Class<?> userClass = Class.forName("com.hspedu.reflection.User");
        //2. 通过 public 的无参构造器创建实例
        Object o = userClass.newInstance();
        System.out.println(o);
        //3. 通过 public 的有参构造器创建实例
        //3.1 先得到对应构造器
        Constructor<?> constructor = userClass.getConstructor(String.class);
        //3.2 创建实例，并传入实参
        Object hsp = constructor.newInstance("hsp");
        System.out.println("hsp=" + hsp);
        //4. 通过非 public 的有参构造器创建实例
        //4.1 得到 private 的构造器对象
        Constructor<?> constructor1 = userClass.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
        //4.2 创建实例
        //暴破【暴力破解】 , 使用反射可以访问 private 构造器/方法/属性, 反射面前，都是纸老虎
        constructor1.setAccessible(true);
        Object user2 = constructor1.newInstance(100, "张三丰");
        System.out.println("user2=" + user2);

    }
}

class User { //User 类
    private int age = 10;
    private String name = "韩顺平教育";

    //无参 public
    public User() {
    }

    //public 的有参构造器
    public User(String name) {
        this.name = name;
    }

    //private 有参构造器
    private User(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User [age=" + age + ", name=" + name + "]";
    }
}

八、通过反射访问类中的成员

1. 访问属性

（1）根据属性名获取 Field 对象
Field f=clazz对象.getDeclaredField（属性名）；
（2）暴破：f.setAccessible(true）；//f是Field
（3）访问
f.set（obj，值）；//obj表示对象
syso（f.get（obj））；//obj表示对象
（4）注意：如果是静态属性，则set和get中的参数 obj，可以写成 null

public class ReflecAccessProperty {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 得到 Student 类对应的 Class 对象
        Class<?> stuClass = Class.forName("com.hspedu.reflection.Student");
        //2. 创建对象
        Object o = stuClass.newInstance();//o 的运行类型就是 Student
        System.out.println(o.getClass());//Student
        //3. 使用反射得到 age 属性对象
        Field age = stuClass.getField("age");
        age.set(o, 88);//通过反射来操作属性
        System.out.println(o);//
        System.out.println(age.get(o));//返回 age 属性的值
        //4. 使用反射操作 name 属性
        Field name = stuClass.getDeclaredField("name");
        //对 name 进行暴破, 可以操作 private 属性
        name.setAccessible(true);
        //name.set(o, "老韩");
        name.set(null, "老韩~");//因为 name 是 static 属性，因此 o 也可以写出 null
        System.out.println(o);
        System.out.println(name.get(o)); //获取属性值
        System.out.println(name.get(null));//获取属性值, 要求 name 是 static
    }
}

class Student {
    public int age;
    private static String name;

    //构造器
    public Student() {
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student [age=" + age + ", name=" + name + "]";
    }
}

2. 访问方法

（1）根据方法名和参数列表获取 Method 方法对象：
Method m = clazz.getDeclaredMethod（方法名，XX.class）；//得到本类的所有方法
（2）获取对象：Object o=clazz.newlnstance（）；
（3）暴破：m.setAccessible(true）:
（4）访问：Object returnValue = m.invoke（obj，实参列表）；//obj就是对象
（5）注意：如果是静态方法，则 invoke 的参数 obj，可以写成null！

public class ReflecAccessMethod {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 得到 Boss 类对应的 Class 对象
        Class<?> bossCls = Class.forName("com.hspedu.reflection.Boss");
        //2. 创建对象
        Object o = bossCls.newInstance();
        //3. 调用 public 的 hi 方法
        //Method hi = bossCls.getMethod("hi", String.class);//OK
        //3.1 得到 hi 方法对象
        Method hi = bossCls.getDeclaredMethod("hi", String.class);//OK
        //3.2 调用
        hi.invoke(o, "韩顺平教育~");
        //4. 调用 private static 方法
        //4.1 得到 say 方法对象
        Method say = bossCls.getDeclaredMethod("say", int.class, String.class, char.class);
        //4.2 因为 say 方法是 private, 所以需要暴破，原理和前面讲的构造器和属性一样
        say.setAccessible(true);
        System.out.println(say.invoke(o, 100, "张三", '男'));
        //4.3 因为 say 方法是 static 的，还可以这样调用 ，可以传入 null
        System.out.println(say.invoke(null, 200, "李四", '女'));
        //5. 在反射中，如果方法有返回值，统一返回 Object , 但是他运行类型和方法定义的返回类型一致
        Object reVal = say.invoke(null, 300, "王五", '男');
        System.out.println("reVal 的运行类型=" + reVal.getClass());//String
        //在演示一个返回的案例
        Method m1 = bossCls.getDeclaredMethod("m1");
        Object reVal2 = m1.invoke(o);
        System.out.println("reVal2 的运行类型=" + reVal2.getClass());//Monster
    }
}

class Monster {
}

class Boss {//类
    public int age;
    private static String name;

    public Boss() {//构造器
    }

    public Monster m1() {
        return new Monster();
    }

    private static String say(int n, String s, char c) {//静态方法
        return n + " " + s + " " + c;
    }

    public void hi(String s) {//普通 public 方法
        System.out.println("hi " + s);
    }
}