Java核心知識體系1：泛型機制詳解
Java核心知識體系2：注解機制詳解
Java核心知識體系3：異常機制詳解
Java核心知識體系4：AOP原理和切面應用
1 介紹
無論是那種語言體系，反射都是必不可少的一個技術特征。從Java體系來說，很多常用的技術框架或多或少都使用到了反射技術，比如Spring、MyBatis、RocketMQ、FastJson 等等。反射技術強大而必要，在大多數框架中起到舉足輕重的作用。所以，反射也是Java必不可少的核心技術之一。
接下來我們來看看反射的一些技術要點：
- 反射的概念（即什么是反射）？
- 反射的作用（它幫我們解決了哪些問題）？
- 反射的實現原理？
- 如何使用反射？
下面我就針對以上的疑問，一一來講解。
1.1 反射是什么？
Java反射（Reflection）是Java語言的一個核心特性，它允許運行中的Java代碼對自身進行自我檢查，甚至修改自身的組件。具體來說，反射機制提供了在運行狀態中，對於任意一個類，都能夠了解這個類的所有屬性和方法；對於任意一個對象，都能夠調用它的任意一個方法和屬性。這種動態獲取的信息以及動態調用對象的方法在Java中就叫做反射。
一句話總結：反射就是在運行時才具體知曉要操作的類是什么結構，並在運行時獲取類的完整構造，並調用對應的方法、屬性等。
Java的反射主要包括以下三個部分：
- 類的加載：Java的類在需要使用時才會被加載到JVM中。這個過程是由類加載器（ClassLoader）完成的。類加載器首先檢查這個類是否已經被加載過，如果還沒有加載，那么就會從磁盤上加載類的字節碼並創建一個Class對象。
- 獲取類的信息：當一個對象被創建后，我們可以使用反射來獲取這個對象的Class對象。通過這個Class對象，我們可以獲取到這個類的所有屬性和方法。
- 方法的調用：通過反射，我們可以動態的調用一個對象的方法。即使這個方法是一個私有的方法，也能夠通過反射來調用。
1.2 為什么要用反射？
Java Reflection功能非常強大，並且非常有用，比如：
- 獲取任意類的名稱、package信息、所有屬性、方法、注解、類型、類加載器等
- 獲取任意對象的屬性，並且能改變對象的屬性
- 調用任意對象的方法
- 判斷任意一個對象所屬的類
- 實例化任意一個類的對象
- 通過反射我們可以實現動態裝配，降低代碼的耦合度，實現動態代理等。
具體的應用場景：
- 框架設計：許多框架，如Spring，Hibernate等，都大量使用了反射來實現對象的自動裝配，動態代理等功能。
- 單元測試：單元測試框架（如JUnit）會使用反射來調用被注解的方法。
- 插件化：為了實現插件化，可以通過反射加載不同的插件。
- 對象序列化與反序列化：在對象進行序列化和反序列化的時候，會使用反射獲取到對象的所有屬性和方法。
2 反射的使用
在Java中，Class類與java.lang.reflect類庫配合對反射技術進行了完整的支持。在反射的Package中，我們經常使用功能類如下：
- Constructor類表示的是Class 對象所表示的類的構造方法，利用它可以在運行時動態創建對象
- Field類表示Class對象所表示的類的成員變量，通過它可以在運行時動態修改成員變量的屬性值(包含private)
- Method類表示Class對象所表示的類的成員方法，通過它可以動態調用對象的方法(包含private)
下面將對這幾個類進行詳細介紹。
2.1 反射創建類對象
一般情況下我們通過反射創建類對象主要有兩種方式：
-
通過 Class 對象的 newInstance() 方法
-
通過 Constructor 對象的 newInstance() 方法
-
通過 Class 對象的 newInstance() 方法實現
Class clz = Class.forName("com.ad.reflection.TestRefle");
TestRefle tr= (TestRefle)clz.newInstance();
- 通過 Constructor 對象的 newInstance() 方法實現
Class clz = Class.forName("com.ad.reflection.TestRefle");
Constructor constructor = clz.getConstructor();
TestRefle tr= (TestRefle)constructor.newInstance();
這邊需要注意，通過 Constructor 對象創建類對象可以選擇特定構造方法，而通過 Class 對象則只能使用默認的無參數構造方法。
下面的代碼演示的是通過 Constructor 調用有參構造方法進行了類對象初始化：
Class clz = Class.forName("com.ad.reflection.TestRefle");
Constructor constructor = clz.getConstructor(String.class);
TestRefle tr= (TestRefle)constructor.newInstance("提供一個String參數");
接下來我們繼續，通過具體的API獲取詳細的類信息：類信息、方法信息、屬性信息等。
2.2 獲取Class類對象
// 獲取Class對象的三種方式
根據類名: Class mailClass = MailInfo.class;
根據對象: Class mailClass = new MailInfo().getClass();
根據全限定類名: Class mailClass = Class.forName("com.ad.MailInfo");
// 根據對象獲取信息和實例對象
獲取全限定類名: mailClass.getName();
獲取類名: mailClass.getSimpleName();
實例化: userClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
更加詳細Class類獲取參考如下：
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| forName() | (1)獲取Class對象的一個引用，但引用的類還沒有加載(該類的第一個對象沒有生成)就加載了這個類。 (2)為了產生Class引用，forName()立即就進行了初始化。 |
| Object-getClass() | 獲取Class對象的一個引用，返回表示該對象的實際類型的Class引用。 |
| getName() | 取全限定的類名(包括包名)，即類的完整名字。 getSimpleName() 獲取類名(不包括包名) |
| getCanonicalName() | 獲取全限定的類名(包括包名) |
| isInterface() | 判斷Class對象是否是表示一個接口 |
| getInterfaces() | 返回Class對象數組，表示Class對象所引用的類所實現的所有接口。 |
| getSupercalss() | 返回Class對象，表示Class對象所引用的類所繼承的直接基類。應用該方法可在運行時發現一個對象完整的繼承結構。 |
| newInstance() | 返回一個Oject對象，是實現“虛擬構造器”的一種途徑。使用該方法創建的類，必須帶有無參的構造器。 |
2.3 獲取類的成員變量的信息
Field[] fields = _class.getDeclaredFields();
更加詳細成員變量獲取參考如下：
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| getField(String name) | 獲得某個公有的屬性對象 |
| getFields() | 獲取所有的公有的屬性對象 |
| getDeclaredField(String name) | 獲得某個屬性對象（public和非public） |
| getDeclaredFields() | 獲得所有屬性對象（public和非public） |
2.4 獲得類方法
Method[] methods = _class.getDeclaredMethods();
更加詳細方法獲取參考如下：
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| getMethod(String name, Class...<?> paramerterTypes) | 獲得某個公有的方法對象 |
| getMethods() | 獲取所有的公有的方法對象 |
| getDeclaredMethod(String name, Class...<?> paramerterTypes) | 獲得對應類下某個方法（public和非public） |
| getDeclaredMethods() | 獲得對應類下所有方法（public和非public） |
2.5 獲得構造函數
Constructor[] constructors = _class.getDeclaredConstructors();
更加詳細構造函數獲取參考如下：
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| getConstructor(Class...<?> paramerterTypes) | 獲得該類中與參數類型匹配的公有構造方法 |
| getConstructors() | 獲取該類的所有公有構造方法 |
| getDeclaredConstructor(Class...<?> paramerterTypes) | 獲得該類中與參數類型匹配的構造方法 |
| getDeclaredConstructors() | 獲取該類的所有構造方法 |
這樣通過反射就可以做在運行時獲取類的完整構造，並獲得類信息了。
| 類名 | 用途 |
|---|---|
| Class類 | 代表類的實體，在運行的Java應用程序中表示類和接口 |
| Field類 | 代表類的成員變量（即類的屬性） |
| Method類 | 代表類的方法 |
| Constructor類 | 代表類的構造函數 |
通過上面的幾個示例我們基本了解了反射的使用，但這僅僅是使用，我們還需深入理解反射背后的底層實現原理。
3 反射原理分析
3.1 反射的調用流程
1、編寫完Java項目之后，java文件都會被編譯成一個.class文件
2、這些class文件在程序運行時會被ClassLoader加載到JVM中，當一個類被加載以后，JVM就會在內存中自動產生一個Class對象。
3、通過Class對象獲取 Field（屬性）、Method（方法）、Construcor（構造函數）
我們平時通過new的形式創建對象，本質上就是通過Class來創建個新對象
通過上面的流程我們可以看出反射的優勢：
- 動態裝配
我們的程序在運行時，可能不一定會用到所有我們編寫和構建的類，這樣避免啟動時間太長並且浪費大量無用的機器資源。
取而代之的是動態的加載一些類，這些類可能之前用不到所以不用加載到jvm，而是在運行時根據需要才加載。
- 降低耦合
如果你在使用new時明確的指定類名，那這就是典型的硬編碼實現，而在使用反射的時候，可以只傳入類名參數，就可以生成對象，降低了耦合度，使得程序更具靈性。
完整的調用流程，圖片來自網上，比較模糊，后續再補一個
3.2 反射的應用場景
- 框架設計：許多框架，如Spring，Hibernate，mybatis，dubbo，rocketmq等，都大量使用了反射來實現對象的自動裝配，動態代理等功能。
- 單元測試：單元測試框架（如JUnit）會使用反射來調用被注解的方法。
- 插件化：為了實現插件化，可以通過反射加載不同的插件。
- 對象序列化與反序列化：在對象進行序列化和反序列化的時候，會使用反射獲取到對象的所有屬性和方法。
- 動態配置、動態代理：通過反射去讀取配置，以及代理請求
4 反射經典案例解析
以下案例來自百度文心一言大模型自動生成，已調試通過。
import java.lang.reflect.Method;
public class ReflectionExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 獲取目標類的Class對象
Class<?> targetClass = Class.forName("java.util.ArrayList");
// 獲取目標類的所有公共方法
Method[] methods = targetClass.getMethods();
// 遍歷所有方法並打印方法名
for (Method method : methods) {
System.out.println(method.getName());
}
// 獲取特定方法，比如添加元素的add方法
Method addMethod = targetClass.getMethod("add", Object.class);
// 創建目標類的實例對象
Object targetObject = targetClass.newInstance();
// 調用add方法添加元素
addMethod.invoke(targetObject, "Hello, World!");
// 獲取目標類的所有屬性（字段）並打印屬性名
Field[] fields = targetClass.getDeclaredFields();
for (Field field : fields) {
System.out.println(field.getName());
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
這個案例展示了如何使用反射來獲取目標類的Class對象，獲取並打印目標類的所有公共方法，獲取特定方法，創建目標類的實例對象，調用目標類的方法，以及獲取並打印目標類的所有屬性（字段）。
總結
無論是那種語言體系（C#、Java等等），反射都是必不可少的一個技術特征。而從Java體系來說，很多常用的技術框架或多或少都使用到了反射技術，比如Spring、MyBatis、RocketMQ、FastJson 等等。
學習好Java 反射技術能幫助你更好的理解底層調用的原理，也有助於設計更加 輕巧、高內聚、低耦合 的業務框架。