Java入门4---反射机制
一、反射机制
1.概述
- Reflection（反射）允许程序在执行期借助于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。
- 加载完类之后，在堆内存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的类的结构信息。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，我们形象的称之为：反射。
2.反射能用来做什么？
- 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
三、理解Class类并获取Class的实例
1.关于java.lang.class的理解
对于每个类而言，JRE 都为其保留一个不变的 Class 类型的对象。一个 Class 对象包含 了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitive type/void/[])的有关信息。
- Class本身也是一个类
- Class 对象只能由系统建立对象
- 一个加载的类在 JVM 中只会有一个Class实例
- 一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件
- 每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成
- 通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构
- Class类是Reflection的根源，针对任何你想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的 Class对象
2.获取Class实例的四种方法
（1）前提：若已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠， 程序性能最高
实例：Class clazz = String.class;
（2）前提：已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象
实例：Class clazz = “www.atguigu.com”.getClass();
（3）前提：已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方法forName()获取，可能抛出ClassNotFoundException
实例：Class clazz = Class.forName(“java.lang.String”);
（4）其他方式(不做要求)
ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();
Class clazz4 = cl.loadClass(“类的全类名”);
【类加载器，所有类共用吗？？？】
3.哪些类型可以有Class对象
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（1）class： 外部类，成员(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@interface （6）primitive type：基本数据类型 （7）void |
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三、类的加载与ClassLoader
类的生命周期包括7个部分：加载-验证-准备-解析-初始化-使用-卸载
1.类的加载过程
当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过如下三个步骤来对该类进行初始化。
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2.类加载器ClassLoder
（1）类加载的作用：将class文件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。JVM在判定两个class是否相同时，不仅要判断两个类名是否相同，而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下，JVM才认为这两个class是相同的
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。
（2）类加载器类型
默认情况下，Java应用启动过程涉及三个ClassLoader：Boostrap, Extension, System
ClassLoader的loadClass方法加载不存在的类会抛ClassNotFoundException
自定义类加载器实现继承ClassLoader后重写了findClass方法加载指定路径上的class，Boostrap加载器加载核心库类，Extension加载器加载jre/lib/ext下的类，System加载器加载CLASSPATH环境指定路径的类
//1.获取一个系统类加载器
ClassLoader classloader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(classloader);
//2.获取系统类加载器的父类加载器，即扩展类加载器
classloader = classloader.getParent();
System.out.println(classloader);
//3.获取扩展类加载器的父类加载器，即引导类加载器
classloader = classloader.getParent();
System.out.println(classloader);
//4.测试当前类由哪个类加载器进行加载 • classloader = Class.forName("exer2.ClassloaderDemo").getClassLoader();
System.out.println(classloader);
//5.测试JDK提供的Object类由哪个类加载器加载
classloader =Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
System.out.println(classloader);
//*6.关于类加载器的一个主要方法：getResourceAsStream(String str):获取类路径下的指定文件的输入流
InputStream in = null;
in = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("exer2\\test.properties");
System.out.println(in);
3.类的初始化
类的主动引用（一定会发生类的初始化）
- 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类
- new一个类的对象
- 调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法
- 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
- 当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化它的父类
类的被动引用（不会发生类的初始化）
- 当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化
- 当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化
- 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
- 引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）
举例：
4.类的卸载机制
（1）当一个类被加载、连接和初始化后，它的生命周期就开始了。当代表某个类的Class对象不再被引用，即不可达时，Class对象就会结束生命周期，该类在方法区内的数据也会被卸载，从而结束该类的生命周期。由此可见，一个类何时结束生命周期，取决于代表它的Class对象何时结束生命周期。
（2）由用户自定义的类加载器加载的类是可以被卸载的。
（3）因为Java虚拟机本身会始终引用这些类加载器，而这些类加载器则会始终引用它们所加载的类的Class对象，因此这些Class对象始终是可触及的。前面已经说过当某个类代表的Class对象被回收的时候，这个类才会被卸载。因为该类的Class对象一直被三种类加载器引用，所以这个类在JVM运行过程中永远不会被卸载。
四、创建运行时类的对象
有了Class对象，能做什么？
创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法
要 求：1.类必须有一个无参数的构造器。2.类的构造器的访问权限需要足够。
难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗？
不是！只要在操作的时候明确的调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。
步骤如下：
- 通过Class类的getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)取得本类的指定形参类 型的构造器
- 向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数。
- 通过Constructor实例化对象。
举例：
五、获取运行时类的完整结构
使用反射可以取得：
1.实现的全部接口
public Class<?>[] getInterfaces() 确定此对象所表示的类或接口实现的接口。
2.所继承的父类
public Class<? Super T> getSuperclass() 返回表示此 Class 所表示的实体（类、接口、基本类型）的父类的Class。
3.全部的构造器
- public Constructor<T>[] getConstructors() 返回此 Class 对象所表示的类的所有public构造方法。
- public Constructor<T>[] getDeclaredConstructors() 返回此 Class 对象表示的类声明的所有构造方法。
Constructor类中：
- 取得修饰符: public int getModifiers();
- 取得方法名称: public String getName();
- 取得参数的类型：public Class<?>[] getParameterTypes();
4.全部的方法
- public Method[] getDeclaredMethods() 返回此Class对象所表示的类或接口的全部方法
- public Method[] getMethods() 返回此Class对象所表示的类或接口的public的方法
Method类中：
- public Class<?> getReturnType()取得全部的返回值
- public Class<?>[] getParameterTypes()取得全部的参数
- public int getModifiers()取得修饰符
- public Class<?>[] getExceptionTypes()取得异常信息
5.全部的Field
- public Field[] getFields() 返回此Class对象所表示的类或接口的public的Field。
- public Field[] getDeclaredFields() 返回此Class对象所表示的类或接口的全部Field。
Field方法中：
- public int getModifiers() 以整数形式返回此Field的修饰符
- public Class<?> getType() 得到Field的属性类型
- public String getName() 返回Field的名称。
6. Annotation相关
- get Annotation(Class<T> annotationClass)
- getDeclaredAnnotations()
7.泛型相关
- 获取父类泛型类型：Type getGenericSuperclass()
- 泛型类型：ParameterizedType
- 获取实际的泛型类型参数数组：getActualTypeArguments()
8.类所在的包
Package getPackage()
六、调用运行行类的指定结构
1.调用指定方法
通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。步骤：
- 通过Class类的getMethod(String name,Class…parameterTypes)方法取得一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型。
- 之后使用Object invoke(Object obj, Object[] args)进行调用，并向方法中传递要设置的obj对象的参数信息。
Object invoke(Object obj, Object … args)：
- Object 对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null
- 若原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null
- 若原方法形参列表为空，则Object[] args为null
- 若原方法声明为private，则需要在调用此invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，将可访问private的方法。
2.调用指定属性
在反射机制中，可以直接通过Field类操作类中的属性，通过Field类提供的set()和get()方法就可以完成设置和取得属性内容的操作。
- public Field getField(String name) 返回此Class对象表示的类或接口的指定的 public的Field（包括父类中的字段）。
- public Field getDeclaredField(String name)返回此Class对象表示的类或接口的 指定的Field（包括public、private和proteced，但是不包括父类的申明字段）。
在Field中：
- public Object get(Object obj) 取得指定对象obj上此Field的属性内容
- public void set(Object obj,Object value) 设置指定对象obj上此Field的属性内容
3.关于setAccessible方法的使用
- Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法。
- setAccessible启动和禁用访问安全检查的开关。
- 参数值为true则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查。
- 提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被调用，那么请设置为true。
- 使得原本无法访问的私有成员也可以访问
- 参数值为false则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查。
七、反射的应用：动态代理
1.动态代理
动态代理是指客户通过代理类来调用其它对象的方法，并且是在程序运行时 根据需要动态创建目标类的代理对象。
动态代理使用场合：调试、远程方法调用
动态代理相比于静态代理的优点：抽象角色中（接口）声明的所有方法都被转移到调用处理器一个集中的方法中 处理，这样，我们可以更加灵活和统一的处理众多的方法。
2.动态代理相关API
Proxy ：专门完成代理的操作类，是所有动态代理类的父类。通过此类为一 个或多个接口动态地生成实现类
提供用于创建动态代理类和动态代理对象的静态方法
3.动态代理步骤
（1）创建一个实现接口InvocationHandler的类，它必须实现invoke方 法，以完成代理的具体操作
（2）创建被代理的类以及接口
（3）通过Proxy的静态方法 newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler h) 创建 一个Subject接口代理
RealSubject target = new RealSubject();
// Create a proxy to wrap the original implementation
DebugProxy proxy = new DebugProxy(target);
// Get a reference to the proxy through the Subject interface
Subject sub = (Subject) Proxy.newProxyInstance( Subject.class.getClassLoader(),new Class[] { Subject.class }, proxy);
（4）通过 Subject代理调用RealSubject实现类的方法
String info = sub.say(“Peter", 24); System.out.println(info);
4.举例
动态代理扩展类是在什么阶段执行的？ (D)
A. 初始化
B. 准备
C. 解析
D. 加载
参考文献：
【1】JVM的类加载器
