java基础之反射
1. 类的加载、连接和初始化
1.1 类的加载
当程序主动使用某个类时，如果该类还没有被加载到内存中，则系统会通过加载、连接、初始化这三个步骤对该类进行初始化。有时会把这一整个流程统称为类加载或类初始化。
类加载指的是将类的class文件读入内存中，并为之创建一个 java.lang.Class 对象，也就是说程序使用任何类的时候，都会为其创建一个class对象。
1.2 类的连接
类被加载之后，系统会为之生成一个Class对象，接着会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中。类的连接又分为下面三个阶段：
- 验证：确保被加载类的正确性
- 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：将类中的符号引用替换为直接引用
1.3 类的初始化
在java中对类变量指定初始值得方法有两种：1. 声明类变量时指定初始值；2. 使用静态初始化块为类变量指定初始值。
- 类加载的时机
- 创建类的实例的时候
- 访问类的静态变量的时候
- 调用类的静态方法的时候
- 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
- 初始化某个类的子类的时候
- 直接使用java.exe命令来运行某个主类
1.4 类加载器
类加载器负责将.class文件加载到内存中，并为之生成对应的Class对象。类加载器负责加载所有的类，系统为所有加载到内存中的类生成一个java.lang.Class 的实例。
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类，在JDK中JRE的lib目录下rt.jar文件中的类
- 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，主要是我们开发者自己写的类
2. 反射
Java反射就是在运行状态中，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方法和属性；并且能改变它的属性。
反射机制允许程序在运行时取得任何一个已知名称的class的内部信息，包括包括其modifiers(修饰符)，fields(属性)，methods(方法)等，并可于运行时改变fields内容或调用methods。那么我们便可以更灵活的编写代码，代码可以在运行时装配，无需在组件之间进行源代码链接，降低代码的耦合度；还有动态代理的实现等等。
2.1 反射基本信息
java程序中许多对象在运行时会出现两种类型：运行时类型和编译时类型，例如Person p = new Student()；这句代码中p在编译时类型为Person，运行时类型为Student。程序需要在运行时发现对象和类的真实信心。而通过使用反射程序就能判断出该对象和类属于哪些类。
2.1.1 Class对象
Java文件被编译后，生成了.class文件，JVM此时就要去解读.class文件。当程序主动去使用某个类时，JVM会通过前面提到的三个步骤：加载、连接和初始化三个步骤对类进行初始化。被编译后的Java文件.class也被JVM解析为一个对象，这个对象就是java.lang.Class。这样当程序在运行时，每个java文件就最终变成了Class类对象的一个实例。我们通过Java的反射机制应用到这个实例，就可以去获得甚至去添加改变这个类的属性和动作，使得这个类成为一个动态的类。
Class类的概念尽管很抽象，但是无疑，它是反射机制的起源，是Java语言中一个精巧美妙地设计。
下面是翻译后的中文文档的描述：
Class类的实例表示正在运行的Java应用程序的类和接口。枚举是一种类，注释（注解）是一种接口。每个数组属于被映射为Class对象的一个类，所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该Class对象。基本的Java类型（boolean、byte、char、short、int、long、float 和 double）和关键字 void 也表示为 Class 对象。Class没有公用构造方法。Class对象是在加载类时由JVM以及通过调用类加载器中的defineClass方法自动构造的。
2.1.2 Java反射机制的类库支持
在深入到反射机制之前，先探析一下反射机制的定义和应用。反射机制定义：Java反射机制是在运行状态时，对于任意一个类，都能够直到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。
在Java中，Class类和java.lang.reflect类库一起构成了对Java反射机制的支持。其中最常使用到的类是Constructor，Field，Method，而这三个类都继承了一个接口java.lang.reflect.Member。
2.2 反射的基本实现
实验类
//因篇幅原因，实验代码未展示set，get等等常用方法
public class Cat {
private String name = "";
private String master = "";
private int age = 0;
public Cat() { }
private Cat(String name, String master) { }
public Cat(String name, String master, int age) { }
public void eat() {
System.out.println("小鱼干真好吃~");
}
private void play() {
System.out.println("快来陪我玩~");
}
@Override
public String toString() {
return "Cat [name=" + name + ", master=" + master + ", age=" + age + "]";
}
}
2.2.1 获取Class对象
在java中获取Class对象有三种方法：
- 通过类名获取：Class c1 = Student.class; 调用某各类的class属性来获取Class对象。
- 通过对象获取：Class c2 = stu.getClass(); 通过getClass方法，该方法是Object类下的一个方法。
- 通过全类名获取：Class c3 = Class.forName("全限定类名"); 会有一个ClassNotFoundException异常
public static void main(String[] args) throws Exception {
Cat c = new Cat();
Class cat1 = Class.forName("algorithms.sort.Cat");
Class cat2 = Cat.class;
Class cat3 = c.getClass();
System.out.println(cat1 == cat2);
System.out.println(cat2 == cat3);
}
//输出结果
true
true
2.2.2 获取构造器并创建对象
- getConstructors()：返回了表示此类公共构造方法的Constructor对象数组。
- getDeclaredConstructors()：这个方法返回Constructor对象的所有构造方法。
获取构造器
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class cat = Cat.class;
//获取所有公共构造方法
Constructor<?> cons[] = cat.getConstructors();
for (Constructor<?> con : cons) {
System.out.println("getConstructors-----------" + con);
}
System.out.println("**************************************");
//获取所有构造方法
Constructor<?> cons2[] = cat.getDeclaredConstructors();
for (Constructor<?> con2 : cons2) {
System.out.println("getDeclaredConstructors---" + con2);
}
}
//输出结果
getConstructors-----------public algorithms.sort.Cat(java.lang.String,java.lang.String,int)
getConstructors-----------public algorithms.sort.Cat()
**************************************
getDeclaredConstructors---public algorithms.sort.Cat(java.lang.String,java.lang.String,int)
getDeclaredConstructors---private algorithms.sort.Cat(java.lang.String,java.lang.String)
getDeclaredConstructors---public algorithms.sort.Cat()
创建对象
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class cat = Cat.class;
//使用公共构造器实例化对象
Constructor<?> cons1 = cat.getConstructor();
//使用私有构造器实例化对象
Constructor<?> cons2 = cat.getDeclaredConstructor(String.class,String.class);
Cat cat1 = (Cat)cons1.newInstance();
//私有的构造方法反射后要打开权限才能进行相应操作
cons2.setAccessible(true);
Cat cat2 = (Cat)cons2.newInstance("tom","denny");
System.out.println(cat1);
System.out.println(cat2);
}
//输出结果
Cat [name=, master=, age=0]
Cat [name=tom, master=denny, age=0]
在创建对象的过程中，值得注意的是如果反射的构造方法是私有的，那么要打开访问权限才能进行对象的实例化；也就是使用cons2.setAccessible(true);语句的原因。
2.2.3 获取成员变量和成员方法
获取成员变量
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class cat = Cat.class;
//获取构造器
Constructor<?> cons = cat.getConstructor(String.class,String.class,int.class);
//实例化对象
Cat cat1 = (Cat)cons.newInstance("tom","denny",5);
System.out.println(cat1);
System.out.println("****************");
Field fields = cat.getDeclaredField("name");
//打开访问权限限制
fields.setAccessible(true);
fields.set(cat1, "jack");
System.out.println(cat1);
}
//输出结果
Cat [name=tom, master=denny, age=5]
****************
Cat [name=jack, master=denny, age=5]
获取成员方法
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class cat = Cat.class;
//获取构造器
Constructor<?> cons = cat.getConstructor(String.class, String.class, int.class);
//实例化对象
Cat cat1 = (Cat) cons.newInstance("tom", "denny", 5);
System.out.println(cat1);
System.out.println("****************");
//获取私有和公共成员方法
Method method1 = cat.getDeclaredMethod("setName", String.class);
Method method2 = cat.getDeclaredMethod("eat");
method1.setAccessible(true);
method1.invoke(cat1, "petter");
System.out.println(cat1);
method2.invoke(cat1);
}
//输出结果
Cat [name=tom, master=denny, age=5]
****************
Cat [name=petter, master=denny, age=5]
小鱼干真好吃~
2.2.4 反射越过泛型检查
public static void main(String[] args) throws Exception {
//泛型只在编译期进行检查，在运行期会被擦除
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(111);
list.add(222);
//拿到字节码文件，字节码文件属于运行期
Class cla = Class.forName("java.util.ArrayList");
Method meth = cla.getMethod("add", Object.class);
meth.invoke(list, "abc");
System.out.println(list);
}
//输出结果
[111, 222, abc]