Java基础：反射学习笔记

反射

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。

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

类的初始化

初始化阶段的重要工作是执行类的初始化方法，方法是由编译器自动生成，主要是对静态Field进行初始化（赋值和静态代码块）。

JVM初始化一个类包含如下几个步骤：

1. 假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类。
2. 假如该类的父类还没有被初始化，则先初始化其父类。
3. 假如类中有初始化语句（静态），则系统依次执行这些初始化语句。

由第二条可以推出，JVM最先初始化的总是java.lang.Object类。

注意：

1. 调用类中的final常量（值在编译时可以确定），不会引起该类初始化（即使是static），因为它在编译其实是连接阶段被赋值，会被当成“宏变量”处理，使用常量时，常量会被不加思考替换成赋的值，所以无需初始化类。就是说在A类中 static final String a = "hello"; 则A.a不引起初始化，而当static final String a = System.currentTimeMills() + ""; （编译时确定不了），则A.a会引起A类的初始化。
2. 当使用ClassLoader的loadClass()方法来加载某个类时，该方法只是加载该类，应不会执行类的初始化
3. 使用Class的forName()静态方法才会导致强制初始化该类。
4. clinit方法只会执行一次

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

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。

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。

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。

反射的基本实现

实验类

/**
 * 实验类
 */
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 + "]"; 
    }
}

获取Class对象的三种方法

1. 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。
2. 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。
3. 通过全类名获取：Class c3 = Class.forName("全限定类名"); 会有一个ClassNotFoundException异常

public class ReflectDemo01 {
    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.print(cat1 == cat2);
        System.out.print(cat2 == cat3);
    }
}//输出结果truetrue

获取构造器

public class ReflectDemo02 {
    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()*/

获取成员变量

public class ReflectDemo03 {
    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 class ReflectDemo04 {
    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~*/