Java之反射

内容介绍

•  类加载器
•  反射构造方法
•  反射成员变量
•  反射成员方法
•  反射配置文件运行类中的方法

1    类加载器

1.1     类的加载

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

就是指将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

　　就是我们以前讲过的初始化步骤

1.2     类初始化时机

1. 创建类的实例

2. 类的静态变量，或者为静态变量赋值

3. 类的静态方法

4. 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象

5. 初始化某个类的子类

6. 直接使用java.exe命令来运行某个主类

1.3     类加载器

•   负责将.class文件加载到内在中，并为之生成对应的Class对象。
•   虽然我们不需要关心类加载机制，但是了解这个机制我们就能更好的理解程序的运行

1.4     类加载器的组成

•   Bootstrap ClassLoader 根类加载器

　　也被称为引导类加载器，负责Java核心类的加载

　　比如System,String等。在JDK中JRE的lib目录下rt.jar文件中

•   Extension ClassLoader 扩展类加载器

　　负责JRE的扩展目录中jar包的加载。

　　在JDK中JRE的lib目录下ext目录

•   System ClassLoader 系统类加载器

　　负责在JVM启动时加载来自java命令的class文件，以及classpath环境变量所指定的jar包和类路径。

通过这些描述就可以知道我们常用的类，都是由谁来加载完成的。到目前为止我们已经知道把class文件加载到内存了，那么，如果我们仅仅站在这些class文件的角度，我们如何来使用这些class文件中的内容呢?这就是我们反射要研究的内容。

2    反射

JAVA反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

要想解剖一个类,必须先要获取到该类的字节码文件对象。而解剖使用的就是Class类中的方法.所以先要获取到每一个字节码文件对应的Class类型的对象。

2.1     Class类

阅读API的Class类得知，Class 没有公共构造方法。Class 对象是在加载类时由 Java 虚拟机以及通过调用类加载器中的 defineClass 方法自动构造的

•  获取Class对象的三种方式

　　方式一: 通过Object类中的getObject()方法

Person p = new Person();
Class c = p.getClass();

方式二: 通过 类名.class 获取到字节码文件对象（任意数据类型都具备一个class静态属性,看上去要比第一种方式简单）。

Class c2 = Person.class;

方式三: 通过Class类中的方法（将类名作为字符串传递给Class类中的静态方法forName即可）。

Class c3 = Class.forName("Person");

•   注意：第三种和前两种的区别

　　前两种你必须明确Person类型.

　　后面是指定这种类型的字符串就行.这种扩展更强.我不需要知道你的类.我只提供字符串,按照配置文件加载就可以了

•   代码演示

/*
 * 获取.class字节码文件对象的方式
 *         1：通过Object类中的getObject()方法
 *         2: 通过 类名.class 获取到字节码文件对象
 *         3: 反射中的方法,
 *             public static Class<?> forName(String className) throws ClassNotFoundException
 *             返回与带有给定字符串名的类或接口相关联的 Class 对象 
 */
public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 1： 通过Object类中的getObject()方法
        // Person p1 = new Person();
        // Class c1 = p1.getClass();
        // System.out.println("c1 = "+ c1);

        // 2: 通过 类名.class 获取到字节码文件对象
        // Class c2 = Person.class;
        // System.out.println("c2 = "+ c2);

        // 3: 反射中的方法
        Class c3 = Class.forName("com.test_Reflect.Person");// 包名.类名
        System.out.println("c3 = " + c3);
    }
}

•  Person类

package com.test_Reflect;
public class Person {
    //成员变量
    public String name;
    public int age;
    private String address;

    //构造方法
    public Person() {
        System.out.println("空参数构造方法");
    }
    
    public Person(String name) {
        this.name = name;
        System.out.println("带有String的构造方法");
    }
    //私有的构造方法
    private Person(String name, int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
        System.out.println("带有String，int的构造方法");
    }
    
    public Person(String name, int age, String address){
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
        System.out.println("带有String, int, String的构造方法");
    }
    
    //成员方法
    //没有返回值没有参数的方法
    public void method1(){
        System.out.println("没有返回值没有参数的方法");
    }
    //没有返回值，有参数的方法
    public void method2(String name){
        System.out.println("没有返回值，有参数的方法 name= "+ name);
    }
    //有返回值，没有参数
    public int method3(){
        System.out.println("有返回值，没有参数的方法");
        return 123;
    }
    //有返回值，有参数的方法
    public String method4(String name){
        System.out.println("有返回值，有参数的方法");
        return "哈哈" + name;
    }
    //私有方法
    private void method5(){
        System.out.println("私有方法");
    }

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

2.2     通过反射获取构造方法并使用

在反射机制中，把类中的成员（构造方法、成员方法、成员变量）都封装成了对应的类进行表示。其中，构造方法使用类Constructor表示。可通过Class类中提供的方法获取构造方法：

•   返回一个构造方法

  public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) 获取public修饰, 指定参数类型所对应的构造方法

  public Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) 获取指定参数类型所对应的构造方法(包含私有的)

•  返回多个构造方法

  public Constructor<?>[] getConstructors() 获取所有的public 修饰的构造方法

  public Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() 获取所有的构造方法(包含私有的)

•  获取构造方法的代码演示：

public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException {
        //获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01_Reflect.Person");//包名.类名
        
        //获取所有的构造方法
        //Constructor[] cons = c.getConstructors();
        Constructor[] cons = c.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor con : cons) {
            System.out.println(con);
        }
        
        System.out.println("------------------------");
        //获取一个构造方法
        //public Person() 
        Constructor con1 = c.getConstructor(null);
        System.out.println(con1);
        
        //public Person(String name)
        Constructor con2 = c.getConstructor(String.class);
        System.out.println(con2);
        
        //private Person(String name, int age)
        Constructor con3 = c.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        System.out.println(con3);
        
        //public Person(String name, int age, String address)
        Constructor con4 = c.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, String.class);
        System.out.println(con4);
    }
}

2.2.1    通过反射方式，获取构造方法，创建对象

获取构造方法，步骤如下：

1. 获取到Class对象

2. 获取指定的构造方法

3. 通过构造方法类Constructor中的方法，创建对象

public T newInstance(Object... initargs)

•   代码演示

public class ConstructorDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        //1,获取到Class对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01_Reflect.Person");//包名.类名
        //2,获取指定的构造方法
        //public Person()
        //Constructor con = c.getConstructor(null);
        
        //public Person(String name, int age, String address)
        Constructor con = c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
        
        //3,通过构造方法类中Constructor的方法，创建对象
        //Object obj = con.newInstance(null);
        Object obj = con.newInstance("小明", 22, "哈尔滨");
        
        //显示
        System.out.println(obj);
    }
}

2.2.2    通过反射方式，获取私有构造方法，创建对象

AccessibleObject 类是 Field、Method 和 Constructor 对象的父类。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。

对于公共成员、默认（打包）访问成员、受保护成员和私有成员，在分别使用 Field、Method 或 Constructor 对象来设置或获取字段、调用方法，或者创建和初始化类的新实例的时候，会执行访问检查。常用方法如下：

•   public void setAccessible(boolean flag) throws SecurityException

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。参数值为 false 则指示反射的对象应该实施 Java 语言访问检查。

获取私有构造方法，步骤如下：

1. 获取到Class对象

2. 获取指定的构造方法

3. 暴力访问, 通过setAccessible(boolean flag)方法

4. 通过构造方法类Constructor中的方法，创建对象

public T newInstance(Object... initargs)

•   代码演示：

public class ConstructorDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        //1,获取到Class对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01_Reflect.Person");//包名.类名
        
        //2,获取指定的构造方法
        //private Person(String name, int age)
        Constructor con = c.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        
        //3,暴力反射 
        con.setAccessible(true);//取消 Java 语言访问检查
        
        //4,通过构造方法类中的功能，创建对象
        Object obj = con.newInstance("小明", 23);
        System.out.println(obj);
        
    }
}

2.3     通过反射获取成员变量并使用

在反射机制中，把类中的成员变量使用类Field表示。可通过Class类中提供的方法获取成员变量：

•   返回一个成员变量

  public Field getField(String name) 获取指定的 public修饰的变量

  public Field getDeclaredField(String name) 获取指定的任意变量

•  返回多个成员变量

  public Field[] getFields() 获取所有public 修饰的变量

  public Field[] getDeclaredFields() 获取所有的 变量 (包含私有)

 

•   获取成员变量的代码演示：

public class FieldDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, SecurityException {
        //获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01_Reflect.Person");
        
        //获取成员变量
        //多个变量
        //Field[] fields = c.getFields();
        Field[] fields =  c.getDeclaredFields();
        for (Field field : fields) {
            System.out.println(field);
        }
        System.out.println("-----------------");
        //一个变量
        //public int age;
        Field ageField = c.getField("age");
        System.out.println(ageField);
        
        //private String address
        Field addressField = c.getDeclaredField("address");
        System.out.println(addressField);
    }
}

2.3.1    通过反射，创建对象，获取指定的成员变量，进行赋值与获取值操作

获取成员变量，步骤如下：

1. 获取Class对象

　　2. 获取构造方法

　　3. 通过构造方法，创建对象

　　4. 获取指定的成员变量（私有成员变量，通过setAccessible(boolean flag)方法暴力访问）

　　5. 通过方法，给指定对象的指定成员变量赋值或者获取值

　　　　  public void set(Object obj, Object value)   在指定对象obj中，将此 Field 对象表示的成员变量设置为指定的新值

　　　　  public Object get(Object obj)   返回指定对象obj中，此 Field 对象表示的成员变量的值

•  代码演示：

public class FieldDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        //1,获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01_Reflect.Person");
        //2，获取构造方法
        //public Person(String name) 
        Constructor con = c.getConstructor(String.class);
        //3，通过构造方法，创建对象
        Object obj = con.newInstance("小明");
        //4，获取指定的成员变量
        //public String name;
        Field nameField = c.getField("name");
        //public int age;
        Field ageField = c.getField("age");
        //private String address;
        Field addressField = c.getDeclaredField("address");
        addressField.setAccessible(true); //取消 Java 语言访问检查
        
        //5，通过方法，给指定对象的指定成员变量赋值或者获取值
        System.out.println("name = "+ nameField.get(obj));
        System.out.println("age = "+ ageField.get(obj));
        System.out.println("address = "+ addressField.get(obj));
        
        //赋值
        ageField.set(obj, 23);
        addressField.set(obj, "凯利广场");
        
        System.out.println("------------------------");
        System.out.println("name = "+ nameField.get(obj));
        System.out.println("age = "+ ageField.get(obj));
        System.out.println("address = "+ addressField.get(obj));
    }
}

2.4     通过反射获取成员方法并使用

在反射机制中，把类中的成员方法使用类Method表示。可通过Class类中提供的方法获取成员方法：

•   返回获取一个方法：

　　　　  public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)

                         获取public 修饰的方法

　　　　  public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)

                         获取任意的方法，包含私有的

　　　　参数1: name 要查找的方法名称； 参数2： parameterTypes 该方法的参数类型

•   返回获取多个方法：

　　　　  public Method[] getMethods() 获取本类与父类中所有public 修饰的方法

　　　　public Method[] getDeclaredMethods() 获取本类中所有的方法(包含私有的)

        

•   获取成员方法的代码演示：

public class MethodDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException {
        //获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01_Reflect.Person");
        
        //获取多个方法
        //Method[] methods = c.getMethods();
        Method[] methods = c.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method);
        }
        
        System.out.println("-----------------------");
        //获取一个方法：
        //public void method1()
        Method method = c.getMethod("method1", null);
        System.out.println(method);
        //public String method4(String name){
        method = c.getMethod("method4", String.class);
        System.out.println(method);
        //私有方法
        //private void method5()
        method = c.getDeclaredMethod("method5", null);
        System.out.println(method);
    }
}

2.4.1    通过反射，创建对象，调用指定的方法

获取成员方法，步骤如下：

　　1. 获取Class对象

　　2. 获取构造方法

　　3. 通过构造方法，创建对象

       4. 获取指定的方法

       5. 执行找到的方法

　　　　  public Object invoke(Object obj,  Object... args)  执行指定对象obj中，当前Method对象所代表的方法，方法要传入的参数通过args指定。

•   代码演示：

public class MethodDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        //1， 获取Class对象
        Class c = Class.forName("com.test_Reflect.Person");
        //2,获取构造方法
        //public Person(String name, int age, String address){
        Constructor con = c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
        //3，通过构造方法，创建对象
        Object obj = con.newInstance("小明", 23, "哈尔滨");
        //4，获取指定的方法
        //public void method1()  没有返回值没有参数的方法
        //Method m1 = c.getMethod("method1", null);
        
        //public String method4(String name)
        Method m4 = c.getMethod("method4", String.class);
        
        //5，执行找到的方法
        //m1.invoke(obj, null);
        
        Object result = m4.invoke(obj, "itcast");
        System.out.println("result = " + result);
    }
}

2.4.2    通过反射，创建对象，调用指定的private 方法

获取私有成员方法，步骤如下：

　　1. 获取Class对象

　　2. 获取构造方法

　　3. 通过构造方法，创建对象

　　4. 获取指定的方法

　　5. 开启暴力访问

　　6. 执行找到的方法

　　　　  public Object invoke(Object obj,  Object... args)   执行指定对象obj中，当前Method对象所代表的方法，方法要传入的参数通过args指定。

•   代码演示：

public class MethodDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        //1， 获取Class对象
        Class c = Class.forName("cn.itcast_01_Reflect.Person");
        //2,获取构造方法
        //public Person(String name, int age, String address){
        Constructor con = c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
        //3，通过构造方法，创建对象
        Object obj = con.newInstance("小明", 23, "哈尔滨");
        //4，获取指定的方法
        //private void method5(){
        Method m5 = c.getDeclaredMethod("method5", null);
        //5,开启暴力访问
        m5.setAccessible(true);
        //6，执行找到的方法
        m5.invoke(obj, null);
    }
}

3    反射练习

3.1     泛型擦除

思考，将已存在的ArrayList<Integer>集合中添加一个字符串数据，如何实现呢？

我来告诉大家，其实程序编译后产生的.class文件中是没有泛型约束的，这种现象我们称为泛型的擦除。那么，我们可以通过反射技术，来完成向有泛型约束的集合中，添加任意类型的元素

•   代码如下：

public class ReflectTest {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        //添加元素到集合
        list.add(new Integer(30));
        list.add(new Integer("12345"));
        list.add(123);
        //list.add("哈哈");//因为有泛型类型的约束
        System.out.println(list);
        
        //通过反射技术，实现添加任意类型的元素
        //1, 获取字节码文件对象
        //Class c = list.getClass();
        //Class c = ArrayList.class;
        Class c = Class.forName("java.util.ArrayList");
        
        //2, 找到add()方法
        // public boolean add(E e)
        Method addMethod = c.getMethod("add", Object.class);
        
        //3，  执行add()方法
        addMethod.invoke(list, "哈哈");// list.add("哈哈");
        System.out.println(list);
    }
}

3.2     反射配置文件

•   通过反射配置文件，运行配置文件中指定类的对应方法

读取Peoperties.txt文件中的数据，通过反射技术，来完成Person对象的创建

         Peoperties.txt文件内容如下：

className=com.test_Reflect.Person
methodName=method5

•   读取配置文件，调用指定类中的对应方法

public class ReflectTest2 {
    public static void main(String[] args)
            throws FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException,
            InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        // 通过Properties集合从文件中读取数据
        Properties prop = new Properties();
        // 读取文件中的数据到集合中
        prop.load(new FileInputStream("properties.txt"));
        // 获取键所对应的值
        String className = prop.getProperty("className");
        System.out.println(className);

        // 1，获取Person.class 字节码文件对象
        Class c = Class.forName(className);
        // 2，获取构造方法
        // public Person(String name, int age, String address)
        Constructor con = c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);

        // 3,创建对象
        Object obj = con.newInstance("小明", 20, "中国");
        System.out.println(obj);

        // 4，获取指定的方法
        // private void method5(){}
        String methodName = prop.getProperty("methodName");
        Method m5 = c.getDeclaredMethod(methodName, null);
        // 5,开启暴力访问
        m5.setAccessible(true);
        // 6，执行找到的方法
        m5.invoke(obj, null);
    }
}