Java 反射

本小节我们来学习一个 Java 语言中较为深入的概念 —— 反射（reflection），很多小伙伴即便参与了工作，可能也极少用到 Java 反射机制，但是如果你想要开发一个 web 框架，反射是不可或缺的知识点。本小节我们将了解到 什么是反射，反射的使用场景，不得不提的 Class 类，如何通过反射访问类内部的字段、方法以及构造方法等知识点。

1. 什么是反射

Java 的反射（reflection）机制是指在程序的运行状态中，可以构造任意一个类的对象，可以了解任意一个对象所属的类，可以了解任意一个类的成员变量和方法，可以调用任意一个对象的属性和方法。这种动态获取程序信息以及动态调用对象的功能称为 Java 语言的反射机制。反射被视为动态语言的关键。

通常情况下，我们想调用一个类内部的属性或方法，需要先实例化这个类，然后通过对象去调用类内部的属性和方法；通过 Java 的反射机制，我们就可以在程序的运行状态中，动态获取类的信息，注入类内部的属性和方法，完成对象的实例化等操作。

概念可能比较抽象，我们来看一下结合示意图看一下：

图中解释了两个问题：

1. 程序运行状态中指的是什么时刻：Hello.java 源代码文件经过编译得到 Hello.class 字节码文件，想要运行这个程序，就要通过 JVM 的 ClassLoader （类加载器）加载 Hello.class，然后 JVM 来运行 Hello.class，程序的运行期间指的就是此刻；
2. 什么是反射，它有哪些功能：在程序运行期间，可以动态获得 Hello 类中的属性和方法、动态完成 Hello 类的对象实例化等操作，这个功能就称为反射。

说到这里，大家可能觉得，在编写代码时直接通过 new 的方式就可以实例化一个对象，访问其属性和方法，为什么偏偏要绕个弯子，通过反射机制来进行这些操作呢？下面我们就来看一下反射的使用场景。

2. 反射的使用场景

Java 的反射机制，主要用来编写一些通用性较高的代码或者编写框架的时候使用。

通过反射的概念，我们可以知道，在程序的运行状态中，对于任意一个类，通过反射都可以动态获取其信息以及动态调用对象。

例如，很多框架都可以通过配置文件，来让开发者指定使用不同的类，开发者只需要关心配置，不需要关心代码的具体实现，具体实现都在框架的内部，通过反射就可以动态生成类的对象，调用这个类下面的一些方法。

下面的内容，我们将学习反射的相关 API，在本小节的最后，我将分享一个自己实际开发中的反射案例。

3. 反射常用类概述

学习反射就需要了解反射相关的一些类，下面我们来看一下如下这几个类：

• Class：Class 类的实例表示正在运行的 Java 应用程序中的类和接口；
• Constructor：关于类的单个构造方法的信息以及对它的权限访问；
• Field：Field 提供有关类或接口的单个字段的信息，以及对它的动态访问权限；
• Method：Method 提供关于类或接口上单独某个方法的信息。

字节码文件想要运行都是要被虚拟机加载的，每加载一种类，Java 虚拟机都会为其创建一个 Class 类型的实例，并关联起来。

例如，我们自定义了一个 ImoocStudent.java 类，类中包含有构造方法、成员属性、成员方法等：

public class ImoocStudent {
    // 无参构造方法
    public ImoocStudent() {
    }

    // 有参构造方法
    public ImoocStudent(String nickname) {
        this.nickname = nickname;
    }

    // 昵称
    private String nickname;
    

    // 定义getter和setter方法
    public String getNickname() {
        return nickname;
    }

    public void setNickname(String nickname) {
        this.nickname = nickname;
    }
}

源码文件 ImoocStudent.java 会被编译器编译成字节码文件 ImoocStudent.class，当 Java 虚拟机加载这个 ImoocStudent.class 的时候，就会创建一个 Class 类型的实例对象：

Class cls = new Class(ImoocStudent);

JVM 为我们自动创建了这个类的对象实例，因此就可以获取类内部的构造方法、属性和方法等 ImoocStudent 的构造方法就称为 Constructor，可以创建对象的实例，属性就称为 Field，可以为属性赋值，方法就称为 Method，可以执行方法。

4. Class 类

4.1 Class 类和 class 文件的关系

java.lang.Class 类用于表示一个类的字节码（.class）文件。

4.2 获取 Class 对象的方法

想要使用反射，就要获取某个 class 文件对应的 Class 对象，我们有 3 种方法：

1. 类名.class：即通过一个 Class 的静态变量 class 获取，实例如下：

Class cls = ImoocStudent.class;

2. 对象.getClass ()：前提是有该类的对象实例，该方法由 java.lang.Object 类提供，实例如下：

ImoocStudent imoocStudent = new ImoocStudent("小慕");
Class imoocStudent.getClass();

3. Class.forName (“包名。类名”)：如果知道一个类的完整包名，可以通过 Class 类的静态方法 forName() 获得 Class 对象，实例如下：

class cls = Class.forName("java.util.ArrayList");

4.3 实例

package com.imooc.reflect;

public class ImoocStudent {
    // 无参构造方法
    public ImoocStudent() {
    }

    // 有参构造方法
    public ImoocStudent(String nickname) {
        this.nickname = nickname;
    }

    // 昵称
    private String nickname;


    // 定义getter和setter方法
    public String getNickname() {
        return nickname;
    }

    public void setNickname(String nickname) {
        this.nickname = nickname;
    }

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 方法1：类名.class
        Class cls1 = ImoocStudent.class;

        // 方法2：对象.getClass()
        ImoocStudent student = new ImoocStudent();
        Class cls2 = student.getClass();

        // 方法3：Class.forName("包名.类名")
        Class cls3 = Class.forName("com.imooc.reflect.ImoocStudent");
    }

}

代码中，我们在 com.imooc.reflect 包下定义了一个 ImoocStudent 类，并在主方法中，使用了 3 种方法获取 Class 的实例对象，其 forName() 方法会抛出一个 ClassNotFoundException。

4.4 调用构造方法

获取了 Class 的实例对象，我们就可以获取 Contructor 对象，调用其构造方法了。

那么如何获得 Constructor 对象？Class 提供了以下几个方法来获取：

• Constructor getConstructor(Class...)：获取某个 public 的构造方法；
• Constructor getDeclaredConstructor(Class...)：获取某个构造方法；
• Constructor[] getConstructors()：获取所有 public 的构造方法；
• Constructor[] getDeclaredConstructors()：获取所有构造方法。

通常我们调用类的构造方法，这样写的（以 StringBuilder 为例）：

// 实例化StringBuilder对象
StringBuilder name = new StringBuilder("Hello Imooc");

通过反射，要先获取 Constructor 对象，再调用 Class.newInstance() 方法：