Java反射机制的原理和用途

本是古典何须时尚 2022-03-01 01:40 297阅读 0赞

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看了好多关于Java反射机制的文章，大多都太过官方，消化起来比较稍显费劲，本篇，我会依据自己的理解去阐述什么是Java的反射机制，反射用在什么地方，以及怎么来使用？

开篇前，我们还是要了解一下，什么是Java的反射机制：

“程序运行时，允许改变程序结构或变量类型，这种语言称为动态语言”。从这个观点看，Perl、Python（看过我写的Python3学习系列的博文，不止一次突出Python动态语言的特点）、Ruby是动态语言，C++、Java、C\#不是动态语言。但是JAVA有着一个非常突出的动态相关机制——Reflection（反射），用在Java身上指的是可以于运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。换句话说，Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class，获悉其完整构造（但不包括methods定义），并生成其对象实体（newInstance）或对其fields设值，或唤起（invoke）其methods方法。

注意 方法的声明和定义不是一回事，  
声明：public string Method（string parm1，int param2，...）  
定义：public string Method（string parm1，int param2，...）  
\{  
// do something  
\}

反射用在什么地方？

由于，我们还不清楚反射究竟是什么玩意，怎么用，是不是我们平时写代码的时候会用得上？ 这些，都不知道的话，我们也没法定论，这个Java反射机制，用在什么地方比较和合适（注意，一项技术的诞生，一定是为了方便另一项技术的使用，否则会失去本身存在的意义！）

因此，我们先来说一下，反射怎么用？

一、反射的应用

我们可能听过，Java编写的程序，一次编译，到处运行。这也是Java程序为什么是无关平台的所在，原因在于，java的源代码会被编译成.class文件字节码，只要装有Java虚拟机JVM的地方（Java提供了各种不同平台上的虚拟机制，第一步由Java IDE进行源代码编译，得到相应类的字节码.class文件，第二步，Java字节码由JVM执行解释给目标计算机，第三步，目标计算机将结果呈现给我们计算机用户；因此，Java并不是编译机制，而是解释机制），.class文件畅通无阻。

Java的反射机制，操作的就是这个.class文件，首先加载相应类的字节码（运行eclipse的时候，.class文件的字节码会加载到内存中），随后解剖（反射 reflect）出字节码中的构造函数、方法以及变量（字段），或者说是取出，我们先来定义一个类Animal，里面定义一些构造函数，方法，以及变量：

Animal.java:

package com.appleyk.reflect;  
  
public class Animal \{  
  
public String name ="Dog";  
private int age =30 ;  
  
//默认无参构造函数  
public Animal()\{  
System.out.println("Animal");  
\}  
  
//带参数的构造函数  
public Animal(String name , int age)\{  
System.out.println(name+","+age);  
\}  
  
//公开 方法 返回类型和参数均有  
public String sayName(String name)\{  
return "Hello,"+name;  
\}  
  
\}

我们再定义一个测试类：

ReflectTest.java

package com.appleyk.test;  
  
public class ReflectTest \{  
  
public static void main(String args\[\]) throws Exception\{  
  
//do something  
\}  
  
\}

我们运行一下我们的项目，会发现如下：

对应内存中就是：

我们借助javap命令查看一下，这个Animal.class里面的内容是什么：

F:\\Java\\ReflectClass\\bin\\com\\appleyk\\reflect>javap -c Animal.class  
Compiled from "Animal.java"  
public class com.appleyk.reflect.Animal \{  
public java.lang.String name;  
  
public com.appleyk.reflect.Animal();  
Code:  
0: aload\_0  
1: invokespecial \#12 // Method java/lang/Object."<init>":  
()V  
4: aload\_0  
5: ldc \#14 // String Dog  
7: putfield \#16 // Field name:Ljava/lang/String;  
10: aload\_0  
11: bipush 30  
13: putfield \#18 // Field age:I  
16: getstatic \#20 // Field java/lang/System.out:Ljava/  
io/PrintStream;  
19: ldc \#26 // String Animal  
21: invokevirtual \#28 // Method java/io/PrintStream.printl  
n:(Ljava/lang/String;)V  
24: return  
  
public com.appleyk.reflect.Animal(java.lang.String, int);  
Code:  
0: aload\_0  
1: invokespecial \#12 // Method java/lang/Object."<init>":  
()V  
4: aload\_0  
5: ldc \#14 // String Dog  
7: putfield \#16 // Field name:Ljava/lang/String;  
10: aload\_0  
11: bipush 30  
13: putfield \#18 // Field age:I  
16: getstatic \#20 // Field java/lang/System.out:Ljava/  
io/PrintStream;  
19: new \#39 // class java/lang/StringBuilder  
22: dup  
23: aload\_1  
24: invokestatic \#41 // Method java/lang/String.valueOf:(  
Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String;  
27: invokespecial \#47 // Method java/lang/StringBuilder."<  
init>":(Ljava/lang/String;)V  
30: ldc \#49 // String ,  
32: invokevirtual \#51 // Method java/lang/StringBuilder.ap  
pend:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;  
35: iload\_2  
36: invokevirtual \#55 // Method java/lang/StringBuilder.ap  
pend:(I)Ljava/lang/StringBuilder;  
39: invokevirtual \#58 // Method java/lang/StringBuilder.to  
String:()Ljava/lang/String;  
42: invokevirtual \#28 // Method java/io/PrintStream.printl  
n:(Ljava/lang/String;)V  
45: return  
  
public java.lang.String sayName(java.lang.String);  
Code:  
0: new \#39 // class java/lang/StringBuilder  
3: dup  
4: ldc \#64 // String Hello,  
6: invokespecial \#47 // Method java/lang/StringBuilder."<  
init>":(Ljava/lang/String;)V  
9: aload\_1  
10: invokevirtual \#51 // Method java/lang/StringBuilder.ap  
pend:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;  
13: invokevirtual \#58 // Method java/lang/StringBuilder.to  
String:()Ljava/lang/String;  
16: areturn  
\}

我们发现，字节码里面包含了类Animal的构造函数、变量以及方法，但注意，全都是public类型的，我们的定义的类的私有变量 private int age =30 哪去了？当然，既然是类的私有部分，肯定不会暴露在外面的，但是不阻碍我们通过反射获得字节码中的私有成员（本篇只举例说明私有变量（字段field），其他私有类成员同理）。

我们的类Animal在Anima.java中定义，但在Animal.class文件中，我们的Animal类阐述如下：

下面，我们来写一段demo，来演示一下，如何使用反射机制，将.class文件中的类加载出来，并解剖出字节码中对应类的相关内容（构造函数、属性、方法）：

看代码前，我们学两个小技巧：

（1）获得类的完全限定名：

copy以后，直接paste

（2）自动生成返回值对象

ReflectTest.java:

package com.appleyk.test;  
  
import java.lang.reflect.Constructor;  
  
import com.appleyk.reflect.Animal;  
  
public class ReflectTest \{  
  
public static void main(String args\[\]) throws Exception\{  
  
//do something  
//1、加载类 ，指定类的完全限定名：包名+类名  
Class c1 = Class.forName("com.appleyk.reflect.Animal");  
System.out.println(c1);//打印c1，发现值和字节码中的类的名称一样  
  
//2、解刨(反射)类c1的公开构造函数，且参数为null  
Constructor ctor1= c1.getConstructor();  
  
//3、构造函数的用途，就是创建类的对象（实例）的  
//除了私有构造函数外（单列模式，禁止通过构造函数创建类的实例，保证一个类只有一个实例）  
//ctor1.newInstance()默认生成一个Object对象,我们需要转化成我们要的Animal类对象  
// Object a1 = ctor1.newInstance();  
Animal a1 = (Animal)ctor1.newInstance();  
  
//4、证明一下a1确实是Animal的实例，我们通过访问类中的变量来证明  
System.out.println(a1.name);  
\}  
  
\}

我们看下，上述demo 的执行结果：

我们接着走，获得类中的变量（字段）和方法，两种方式，一个是getXXX，一个是getDeclaredXXX，二者是有区别的，下面demo注释的很详细，并且，我们使用反射出的字段和方法，去获取相应实例的字段值和唤起方法（相当于执行某实例的方法），我们看下完整版demo：  
  
加强版的 ReflectTest.java

package com.appleyk.test;  
  
import java.lang.reflect.Constructor;  
import java.lang.reflect.Field;  
import java.lang.reflect.Method;  
  
import com.appleyk.reflect.Animal;  
  
public class ReflectTest \{  
  
public static void main(String args\[\]) throws Exception \{  
  
// do something  
  
System.out.println("A(无参构造函数)--加载类、反射类的构造函数、利用构造函数new一个Animal实例instance--");  
  
// 1、加载类 ，指定类的完全限定名：包名+类名  
Class c1 = Class.forName("com.appleyk.reflect.Animal");  
System.out.println(c1);// 打印c1，发现值和字节码中的类的名称一样  
  
// 2.a、解刨(反射)类c1的公开构造函数，且参数为null  
Constructor ctor1 = c1.getConstructor();  
  
// 3、构造函数的用途，就是创建类的对象（实例）的  
// 除了私有构造函数外（单列模式，禁止通过构造函数创建类的实例，保证一个类只有一个实例）  
// ctor1.newInstance()默认生成一个Object对象,我们需要转化成我们要的Animal类对象  
// Object a1 = ctor1.newInstance();  
Animal a1 = (Animal) ctor1.newInstance();  
  
// 4、证明一下a1确实是Animal的实例，我们通过访问类中的变量来证明  
System.out.println(a1.name);  
  
System.out.println("A(有参构造函数)--加载类、反射类的构造函数、利用构造函数new一个Animal实例instance--");  
// 2.b、 解刨(反射)类c1的公开构造函数，参数为string和int  
Constructor ctor2 = c1.getConstructor(String.class, int.class);  
Animal a2 = (Animal) ctor2.newInstance("Cat", 20);  
  
System.out.println("B--获得本类中的所有的字段----------------------------");  
  
// 5、获得类中的所有的字段 包括public、private和protected，不包括父类中申明的字段  
Field\[\] fields = c1.getDeclaredFields();  
for (Field field : fields) \{  
System.out.println(field);  
  
\}  
  
System.out.println("C--获得本类中的所有公有的字段，并获得指定对象的字段值-----");  
  
// 6、获得类中的所有的公有字段  
fields = c1.getFields();  
for (Field field : fields) \{  
System.out.println(field + ", 字段值 = " + field.get(a1));  
// 注意：私有变量值，无法通过field.get(a1)进行获取值  
// 通过反射类中的字段name，修改name的值（注意，原值在类中name="Dog"）  
// 如果，字段名称等于"name"，且字段类型为String，我们就修改字段的值，也就是类中变量name的值  
if (field.getName() == "name" && field.getType().equals(String.class)) \{  
String name\_new = (String) field.get(a1);// 记得转换一下类型  
name\_new = "哈士奇";// 重新给name赋值  
field.set(a1, name\_new);// 设置当前实例a1的name值，使修改后的值生效  
\}  
\}  
  
System.out.println("利用反射出的字段，修改字段值，修改后的name = " + a1.name);  
System.out.println("D--获取本类中的所有的方法--------------------");  
  
// 7、获取本类中所有的方法 包括public、private和protected，不包括父类中申明的方法  
Method\[\] methods = c1.getDeclaredMethods();  
for (Method m : methods) \{  
System.out.println(m);// 我们在类Animal中只定义了一个public方法，sayName  
\}  
  
System.out.println("E--获取本类中的所有的公有方法，包括父类中和实现接口中的所有public方法-----------");  
  
// 8、获取类中所有公有方法，包括父类中的和实现接口中的所有public 方法  
methods = c1.getMethods();  
for (Method m : methods) \{  
System.out.println(m);// 我们在类Animal中只定义了一个public方法，sayName  
\}  
  
System.out.println("F--根据方法名称和参数类型获取指定方法，并唤起方法：指定所属对象a1，并给对应参数赋值-----------");  
  
// 9、唤起Method方法(执行) getMethod:第一个参数是方法名，后面跟方法参数的类  
Method sayName = c1.getMethod("sayName", String.class);  
System.out.println(sayName.invoke(a1, "Tom"));  
  
\}  
  
\}

我们看下对应的执行结果：

如果，你对上述执行的结果，一次性接收不了的话，建议将上述测试demo自己亲自敲一遍，先别急着一次性敲完，一点点来，按照序号来，你会发现，反射的机制，无非就是先加载对应字节码中的类，然后，根据加载类的信息，一点点的去解剖其中的内容，不管你是public的还是private的，亦或是本类的还是来自原继承关系或者实现接口中的方法，我们java的反射技术 reflect，均可以将其从字节码中拉回到现实，不仅可以得到字段的名字，我们还可以获得字段的值和修改字段的值，不仅可以得到方法的申明我们还可以拿到方法的定义和唤起方法（执行方法），当然，你会有一个这样的疑惑？  
  
为什么new一个对象那么简单，非要用反射技术中的newInstance？  
为什么，我可以直接对象a1. 变量访问变量，却非要用反射那么费劲的获得name字段呢？  
为什么，我几行代码就能搞定的事情，非要用反射呢？

回到最开始我们讲的地方：

ok，解密答案之前，我们先来思考一个问题？  
  
假设我们定义了很多类，有Animal、Person、Car..... ，如果我想要一个Animal实例，那我就new Animal（），如果另一个人想要一个Person实例，那么他需要new Person（），当然，另一个说，我只要一个Car实例，于是它要new Car（）......这样一来就导致，每个用户new的对象需求不相同，因此他们只能修改源代码，并重新编译才能生效。这种将new的对象写死在代码里的方法非常不灵活，因此，为了避免这种情况的方法，Java提供了反射机制，典型的应用如下：

我们知道Spring的IOC吧，即“控制反转”（通过第三方配置文件实现对 对象的控制）。简单说是将我们设计好的对象交给容器控制，而不是直接交给程序内部进行对象的控制。  
  
比如，在Spring中，我们经常看到：

针对上述的配置，我们Spring是怎么帮助我们实例化对象，并放到容器中去了呢？ 没错，就是通过反射！！！！  
  
我们看下，下面的伪代码实现过程：

//解析<bean .../>元素的id属性得到该字符串值为"sqlSessionFactory"  
String idStr = "sqlSessionFactory";  
//解析<bean .../>元素的class属性得到该字符串值为"org.mybatis.spring.SqlSessionFactoryBean"  
String classStr = "org.mybatis.spring.SqlSessionFactoryBean";  
//利用反射知识，通过classStr获取Class类对象  
Class cls = Class.forName(classStr);  
//实例化对象  
Object obj = cls.newInstance();  
//container表示Spring容器  
container.put(idStr, obj);  
  
//当一个类里面需要用另一类的对象时，我们继续下面的操作  
  
//解析<property .../>元素的name属性得到该字符串值为“dataSource”  
String nameStr = "dataSource";  
//解析<property .../>元素的ref属性得到该字符串值为“dataSource”  
String refStr = "dataSource";  
//生成将要调用setter方法名  
String setterName = "set" + nameStr.substring(0, 1).toUpperCase()  
\+ nameStr.substring(1);  
//获取spring容器中名为refStr的Bean，该Bean将会作为传入参数  
Object paramBean = container.get(refStr);  
//获取setter方法的Method类，此处的cls是刚才反射代码得到的Class对象  
Method setter = cls.getMethod(setterName, paramBean.getClass());  
//调用invoke()方法，此处的obj是刚才反射代码得到的Object对象  
setter.invoke(obj, paramBean);

是不是很熟悉，虽然是伪代码，但是和我们本篇讲的反射机制的使用是相同的，现在知道我们的反射机制用在哪了吧，没错就是我们经常提到的Java web框架中，里面就用到了反射机制，只要在代码或配置文件中看到类的完全限定名（包名+类名）,其底层原理基本上使用的就是Java的反射机制。  
  
  
因此，如果你不做框架的话，基本上是用不到反射机制的，我们大多时候是使用框架的一方，而反射机制都已经在底层实现过了，因此，我们不必担心，我们会写那么复杂的代码。但是，我们必须要理解这种机制的存在！  
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作者：appleyk  
来源：CSDN  
原文：https://blog.csdn.net/Appleyk/article/details/77879073  
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