淺談Java的反射原理

Java的編譯過程

談及反射，不得不先了解一下，java的整個編譯過程，整體的java編譯過程可以參考 之前的一篇 一個java文件被執行的歷程 

這里我們只針對 對象這一層級來討論，一個java文件，我們經過編譯，會得出 一個 字節碼文件（.class），這時候，進入解釋階段，編譯器會將這個.class加載進內存中，此時，它首先會生成一個 Class對象。

Class對象與對象形成的過程

　Class對象

在java世界里，一切皆對象。從某種意義上來說，java有兩種對象：實例對象和Class對象。對於每個類而言，JRE 都為其保留一個不變的 Class 類型的對象。

Class對象會有以下幾個特點：

1. Class 對象只能由系統建立對象
2. 一個類在 JVM 中只會有一個Class實例
3. –每個類的實例都會記得自己是由哪個 Class 實例所生成

class對象包含的信息有：

• 數據成員名
• 內部方法
• 構造方法
• 集成自哪個接口、類

　對象的形成過程

我們的實例對象是通過Class對象來創建的。

每一個類都有一個Class對象，每當編譯一個新類就產生一個Class對象，基本類型 (boolean, byte, char, short, int, long, float, and double)有Class對象，數組有Class對象，就連關鍵字void也有Class對象（void.class）。Class對象對應着java.lang.Class類，如果說類是對象抽象和集合的話，那么Class類就是對類的抽象和集合。

Class類沒有公共的構造方法，Class對象是在類加載的時候由Java虛擬機以及通過調用類加載器中的 defineClass 方法自動構造的，因此不能顯式地聲明一個Class對象。

在類加載階段，類加載器首先檢查這個類的Class對象是否已經被加載。如果尚未加載，默認的類加載器就會根據類的全限定名查找.class文件。在這個類的字節碼被加載時，它們會接受驗證，以確保其沒有被破壞，並且不包含不良java代碼。一旦某個類的Class對象被載入內存，我們就可以它來創建這個類的所有對象。

反射的本質及應用

　　上面的基礎了解完畢，我們進入今天的主體，何為反射。

所謂反射，官方的定義是： 指計算機程序在運行時（runtime） 可以訪問、檢測和修改它本身狀態或行為的一種能力。通俗說，反射就是程序在運行的時候能夠“觀察”並且修改自己的行為，是程序對自身的反思、自檢、修改。

　　理解反射，首先得知道它的對立面，“正射”

“正射”

前面說到了Class對象，每個類的運行時的類型信息就是用Class對象表示的。系統會自動創建唯一一個Class對象，它包含了與類有關的信息。此時的java文件（一個類）處於一個中間狀態，並不是我們使用的對象，只有當我們使用  “ new  Object（）”時，才會在JVM堆中根據這個Class對象來產生真正供我們使用的實例對象。其實也就是上面部分的對象的形成過程。

正射的使用意義是，我事先定義了一個對象的某些東西，然后當我需要的時候，我會通知內存去創建這個對象，然后我事先知道這個對象有什么，所以我會精准的調用它的某個方法，某個成員變量。

用一個我們習以為常的demo來舉一下例：

class Human {
    String name;
    int age;
    String nation;
    Human(String name,int age,String nation) {
        this.name=name;
        this.age=age;
        this.nation=nation;
    }
    void changeName(String name){
        this.name=name;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args){
        Human human=new Human("張三",22,"中國");
        human.changeName("李四");
    }
}

在上面Main類的main方法中，我之所以可以寫human.changeName(“張三”) 是因為Human類也是我自己寫的，我清楚的知道，human作為Human的實例對象，可以調用changeName方法，如果我手抖寫了調用changeNamee方法，我也會立即改回來，因為我知道Human里沒有這個方法。假如我不知道Human里有沒有一個改名字的方法，即Human類對我來說是不透明的第三方類，我嘗試性的在程序中調用了一個newName方法，保存、編譯。這時候編譯器會通知我，這樣寫程序是不對的，Human里沒有一個叫newName的方法，編譯失敗。

反射

假如此時我只想使用對象某一個方法，某一個成員變量，而不想用其他的部分，這時候如果用“正射”（走正常的對象創建過程，new一下），就會被迫創建一個完整的該對象（有一說一，有點浪費），此時我可以根據類的全路徑+名稱，去內存中拿出這個類的Class對象，根據這個Class對象，靈活的去獲取這個類片面的信息。這種在運行時訪問、修改對象的狀態和行為，可以給程序帶來極大的靈活性。這便是反射

反射可提供的功能

1. 在運行時判斷任意一個對象所屬的類。

2. 在運行時構造任意一個類的對象。

3. 在運行時判斷任意一個類所具有的成員變量和方法。

4. 在運行時調用任意一個對象的方法。

5. 生成動態代理。

詳細的API使用，可以查閱java的官方文檔。

反射的使用

　　使用Java注解配合反射可以開發出各種工具、框架。例如，Spring中的注解、工廠模式中創建對象的方式等

這里實現一個用自定義注解 @AutoField 實現為屬性賦值。

定義注解@AutoField 

@Target({ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface AutoField {
    String value() default "";
}

編寫解析類。BeanFactory中的createBean方法通過反射拿到注解 @AutoField的值並賦給對象。

public class BeanFactory {
    public static <T> T createBean(Class<T> clazz) {
        T o = null;
        try {
            o = clazz.newInstance();
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            if (declaredField.isAnnotationPresent(AutoField.class)) {
                AutoField AutoField = declaredField.getAnnotation(AutoField.class);
                if (!declaredField.isAccessible())
                    declaredField.setAccessible(true);
                try {
                    if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("String"))
                        declaredField.set(o, AutoField.value());
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("byte"))
                        declaredField.set(o, Byte.parseByte(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("short"))
                        declaredField.set(o, Short.parseShort(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("int"))
                        declaredField.set(o, Integer.parseInt(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("long"))
                        declaredField.set(o, Long.parseLong(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("float"))
                        declaredField.set(o, Float.parseFloat(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("double"))
                        declaredField.set(o, Double.parseDouble(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("long"))
                        declaredField.set(o, Long.parseLong(AutoField.value()));
                    else if (declaredField.getType().getSimpleName().equals("boolean"))
                        declaredField.set(o, Boolean.parseBoolean(AutoField.value()));
                    else
                        throw new RuntimeException(declaredField.getName() + " of " + clazz.getName() + " is not a value field");
                } catch (IllegalAccessException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }

            }
        }
        return o;
    }
}

　　定義實體類

public class Teacher {

　　@AutoField("12223")
　　private int id;

　　@AutoField("Zhang")
　　private String name;

　　@AutoField("20")
　　private int age;

　　@AutoField("false")
　　private boolean isProfessor;

　　@AutoField("G")
　　private String sex;

　　@AutoField("CQU")
　　private String school;

　　public int getId() {
　　　　return id;
　　}

　　public String getName() {
　　　　return name;
　　}

　　public int getAge() {
　　　　return age;
　　}

　　public boolean isProfessor() {
　　　　return isProfessor;
　　}

　　public String getSex() {
　　　　return sex;
　　}

　　public String getSchool() {
　　　　return school;
　　}

　　public void setId(int id) {
　　　　this.id = id;
　　}

　　public void setName(String name) {
　　　　this.name = name;
　　}

　　public void setAge(int age) {
　　　　this.age = age;
　　}

　　public void setProfessor(boolean professor) {
　　　　isProfessor = professor;
　　}

　　public void setSex(String sex) {
　　　　this.sex = sex;
　　}

　　public void setSchool(String school) {
　　　　this.school = school;
　　}

　　@Override
　　public String toString() {
　　　　return "Teacher{" +
　　　　　　"id=" + id +
　　　　　　", name='" + name + '\'' +
　　　　　　", age=" + age +
　　　　　　", isProfessor=" + isProfessor +
　　　　　　", sex=" + sex +
　　　　　　", school='" + school + '\'' +
　　　　'}';
　　}
}

 

測試

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher = BeanFactory.createBean(Teacher.class);
        System.out.println(teacher);
    }