Java反射機制到底是什么？有什么作用

什么是Java反射機制？

Java反射機制是 Java 語言的一個重要特性，它在服務(wù)器程序和中間件程序中得到了廣泛運用。在服務(wù)器端，往往需要根據(jù)客戶的請求，動態(tài)調(diào)用某一個對象的特定方法。此外，在 ORM 中間件的實現(xiàn)中，運用 Java 反射機制可以讀取任意一個 JavaBean 的所有屬性，或者給這些屬性賦值

通過反射機制，可以在運行的時候訪問到對象的屬性、方法、構(gòu)造方法等等

哪些地方用到反射機制？

其實我們都用過反射機制，只是并不知道它是反射機制而已。比如我們使用JDBC連接數(shù)據(jù)庫的時候（Class.forName() 這個相信大家都用過），只是當(dāng)時并沒有在意那么多（心里想能用就行，管它呢），使用到反射機制的框架有（Spring、SpringMVC、Mybatis、Hibernate、Structs）

反射機制提供了哪些功能？

在運行時判定任意一個對象所屬的類

在運行時構(gòu)造任意一個類的對象

在運行時判定任意一個類所具有的成員變量和方法

在運行時調(diào)用任意一個對象的方法

生成動態(tài)代理

如何實現(xiàn)反射機制？

先來個實體類 Student

/**

* @author Woo_home

* @create by 2019/12/10

*/

public class Student {

private int id;

private String name;

public Student(){}

public int getId() {

return id;

}

public void setId(int id) {

this.id = id;

}

public String getName() {

return name;

}

public void setName(String name) {

this.name = name;

}

@Override

public String toString() {

return "Student{" +

"id=" + id +

", name='" + name + ''' +

'}';

}

}

反射的三種實現(xiàn)方式

一、通過對象的getClass()方法

getClass()方法是Object類的方法，因為所有類都繼承自O(shè)bject類，所以可以直接使用getClass()方法

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) {

Student student = new Student();

Class studentClass = student.getClass();

System.out.println(studentClass);

}

}

二、通過類的.class屬性

直接獲取一個類的class

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) {

Class studentClass = Student.class;

System.out.println(studentClass);

}

}

三、通過Class類的forName()方法（常用）

Class.forName() 是一個靜態(tài)方法

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) {

// 使用 try、catch 處理異常

try {

Class studentClass = Class.forName("com.example.app.demo.Student");

System.out.println(studentClass);

}catch (ClassNotFoundException e){

e.printStackTrace();

}

}

}

public class ReflectDemo {

// 使用 throws 處理異常

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException{

Class studentClass = Class.forName("com.example.app.demo.Student");

System.out.println(studentClass);

}

}

三種方法打印的結(jié)果都是一樣的，如下圖所示

注意： 這里的Class.forName()方法需要使用try、catch語句括住或者在方法或類中拋出ClassNotFoundException 異常，不然會報錯

有些人就問了，為什么需要使用try、catch語句括住呢，來看下forName方法源碼：

可以看到forName需要拋出一個 ClassNotFoundException 異常，自然而然地你使用forName()方法也自然要拋出 / 處理日常了

@CallerSensitive

public static Class forName(String className)

throws ClassNotFoundException {

Class caller = Reflection.getCallerClass();

return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);

}

判斷一個類是否為某個類的實例

1、instanceof

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) {

HashMap map = new HashMap<>();

if (map instanceof Map){

System.out.println("HashMap is Map instance");

}

}

}

輸出：HashMap is Map instance

2、isInstance

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) {

HashMap map = new HashMap<>();

if (Map.class.isInstance(map)){

System.out.println("HashMap is Map Instance");

}

}

}

輸出：HashMap is Map Instance

利用反射創(chuàng)建對象實例

1、通過Class對象的 newInstance() 方法

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException {

// 這里的Student是使用上面一開始的Student類

Class studentClass = Student.class;

// 使用newInstance創(chuàng)建實例

Student student = (Student)studentClass.newInstance();

student.setId(1);

student.setName("John");

System.out.println(student);

}

}

輸出：John

2、通過Constructor對象的 getConstructor() 方法

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {

Class classes = List.class;

Constructor constructor = classes.getConstructor(List.class);

List result = (List) constructor.newInstance("John");

System.out.println(result);

}

}

輸出：John

Field

根據(jù)字段名獲取字段（只能獲取public的）

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {

Class classes = Student.class;

Field id = classes.getField("id");

Field name = classes.getField("name");

System.out.println(id);

System.out.println(name);

}

}

class Student{

public int id;

public String name;

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果

public int com.example.app.demo.Student.id

public java.lang.String com.example.app.demo.Student.name

如果獲取的字段是被private修飾的，那么將會拋出 NoSuchFieldException 異常

以下為輸出結(jié)果

Exception in thread “main” java.lang.NoSuchFieldException: id

at java.lang.Class.getField(Class.java:1703)

at com.example.app.demo.ReflectDemo.main(ReflectDemo.java:12)

為什么會這樣呢？我們朝著這個問題看下源碼是怎么實現(xiàn)的

getField(String name)

根據(jù)名稱獲取公有的（public）類成員

@CallerSensitive

public Field getField(String name)

throws NoSuchFieldException, SecurityException {

checkMemberAccess(Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), true);

// 可以看到在getField傳入的name實際是調(diào)用getField0來實現(xiàn)的

Field field = getField0(name);

if (field == null) {

throw new NoSuchFieldException(name);

}

return field;

}

getField0(String name)

而getField0主要判斷依據(jù)是searchFields，searchFields根據(jù)privateGetDeclaredFields判斷

private Field getField0(String name) throws NoSuchFieldException {

Field res;

// Search declared public fields

if ((res = searchFields(privateGetDeclaredFields(true), name)) != null) {

return res;

}

// 省略部分代碼...

return null;

}

privateGetDeclaredFields(boolean publicOnly)

可以看到當(dāng)privateGetDeclaredFields傳入的值是true的時候表示使用的是 declaredPublicFields ，也就是說是public聲明的字段，當(dāng)傳入的值為false的時候使用的是 declaredFields（所有聲明字段）

private Field[] privateGetDeclaredFields(boolean publicOnly) {

checkInitted();

Field[] res;

ReflectionData rd = reflectionData();

if (rd != null) {

// 判斷輸入的布爾值是true還是false

res = publicOnly ? rd.declaredPublicFields : rd.declaredFields;

if (res != null) return res;

}

// 省略部分代碼...

return res;

}

getFields(String name)

獲取所有 public 修飾的字段

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {

Class classes = Student.class;

Field[] allField = classes.getFields();

for (Field field : allField) {

System.out.println(field);

}

}

}

class Student{

private int id;

public String name;

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果

public java.lang.String com.example.app.demo.Student.name

可以看到我們的Student類中聲明了一個private修飾的id和一個public修飾的name，根據(jù)輸出結(jié)果可以知道getFields()方法只能獲取public修飾的字段

看下實現(xiàn)源碼：

在getFields中返回了一個copyFields方法，該方法中調(diào)用了 privateGetPublicFields 方法

@CallerSensitive

public Field[] getFields() throws SecurityException {

checkMemberAccess(Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), true);

return copyFields(privateGetPublicFields(null));

}

來看下privateGetPublicFields方法可以知道在該方法中調(diào)用了 privateGetDeclaredFields(true) 這個方法，關(guān)于這個方法上面已經(jīng)講述過

private Field[] privateGetPublicFields(Set> traversedInterfaces) {

// Local fields

Field[] tmp = privateGetDeclaredFields(true);

addAll(fields, tmp);

// 省略部分代碼...

return res;

}

getDeclaredField(String name)

根據(jù)名稱獲取已聲明的類成員。但不能得到其父類的類成員

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {

Class classes = Student.class;

Field allField = classes.getDeclaredField("name");

System.out.println(allField);

}

}

class Student{

private int id;

private String name;

}

Class Student{

public int id;

public String name;

}

輸出：可以看到getDeclaredField()方法即可以獲取public類型的字段也能獲取private類型的字段

以下為輸出結(jié)果：

private java.lang.String com.example.app.demo.Student.name

public java.lang.String com.example.app.demo.Student.name

來看下源碼的原理

@CallerSensitive

public Field getDeclaredField(String name)

throws NoSuchFieldException, SecurityException {

checkMemberAccess(Member.DECLARED, Reflection.getCallerClass(), true);

Field field = searchFields(privateGetDeclaredFields(false), name);

if (field == null) {

throw new NoSuchFieldException(name);

}

return field;

}

可以看到 getDeclaredField() 方法調(diào)用的也是 privateGetDeclaredFields 方法，上面已經(jīng)講述過

getDeclaredFields()

獲取所有已聲明的類成員變量

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) {

Class classes = Student.class;

Field[] allField = classes.getDeclaredFields();

for (Field field : allField) {

System.out.println(field);

}

}

}

class Student{

public int id;

public String name;

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果：

public int com.example.app.demo.Student.id

public java.lang.String com.example.app.demo.Student.name

而且 getDeclaredFields 還可以獲取private修飾的字段

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) {

Class classes = Student.class;

Field[] allField = classes.getDeclaredFields();

for (Field field : allField) {

System.out.println(field);

}

}

}

class Student{

private int id;

private String name;

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果：

private int com.example.app.demo.Student.id

private java.lang.String com.example.app.demo.Student.name

來看下源碼 getDeclaredFields() 方法的源碼

可以看到 getDeclaredFields() 方法中也是調(diào)用 privateGetDeclaredFields 方法的，并且這里的 privateGetDeclaredFields傳入的值是 false ，也就是獲取所有已聲明的字段

@CallerSensitive

public Field[] getDeclaredFields() throws SecurityException {

checkMemberAccess(Member.DECLARED, Reflection.getCallerClass(), true);

return copyFields(privateGetDeclaredFields(false));

}

Method

getMethod(String name)

返回類或接口的特定方法。其中第一個參數(shù)為方法名稱，后面的參數(shù)為方法參數(shù)對應(yīng) Class 的對象的方法名

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {

// 傳入CaseMethod的方法名

Method methods = CaseMethod.class.getMethod("caseOfMethod");

System.out.println(methods);

}

}

class CaseMethod{

public void caseOfMethod(){

System.out.println("case");

}

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果：

public void com.example.app.demo.CaseMethod.caseOfMethod()

getMethods()

獲取類或接口的所有 public 方法，包括其父類的 public 方法

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {

// 獲取所有方法，使用Method數(shù)組接收

Method[] methods = CaseMethod.class.getMethods();

for (Method method : methods) {

System.out.println(method);

}

}

}

class CaseMethod{

public void caseOfMethod(){

System.out.println("case");

}

}

輸出：

可以看到輸出結(jié)果中第一個就是我們自定義的CaseMethod中的方法，其余的都是Object類的方法

以下為輸出結(jié)果：

public void com.example.app.demo.CaseMethod.caseOfMethod()

public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException

public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException

public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException

public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)

public java.lang.String java.lang.Object.toString()

public native int java.lang.Object.hashCode()

public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()

public final native void java.lang.Object.notify()

public final native void java.lang.Object.notifyAll()

getDeclaredMethod(String name, Class… parameterTypes)

獲取類或接口的特定聲明方法。其中第一個參數(shù)為方法名稱，后面的參數(shù)為方法參數(shù)對應(yīng) Class 的對象

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {

Method methods = CaseMethod.class.getDeclaredMethod("caseOfMethod",null);

System.out.println(methods);

}

}

class CaseMethod{

public void caseOfMethod(){

System.out.println("case");

}

private void caseOf(){

System.out.println("case1");

}

}

getDeclaredMethods()

獲取類或接口聲明的所有方法，包括 public、protected、默認（包）訪問和 private 方法，但不包括繼承的方法

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) {

Method[] methods = CaseMethod.class.getDeclaredMethods();

for (Method method : methods) {

System.out.println(method);

}

}

}

class CaseMethod{

public void caseOfMethod(){

System.out.println("case");

}

private void caseOf(){

System.out.println("case1");

}

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果：

public void com.example.app.demo.CaseMethod.caseOfMethod()

private void com.example.app.demo.CaseMethod.caseOf()

使用invoke方法

當(dāng)獲取一個對象之后就可以使用invoke方法，invoke方法示例如下：

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException {

Method methods = CaseMethod.class.getMethod("caseOfMethod");

CaseMethod caseMethod = new CaseMethod();

methods.invoke(caseMethod);

}

}

class CaseMethod{

public void caseOfMethod(){

System.out.println("case");

}

private void caseOf(){

System.out.println("case1");

}

}

輸出：case

那么invoke是如何實現(xiàn)的呢？來看下源碼

boolean override;

@CallerSensitive

public Object invoke(Object obj, Object... args)

throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,

InvocationTargetException

{

// 判斷override是否為true

if (!override) {

// 判斷modifiers（方法的修飾符）是否為public

if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {

// 通過方法的修飾符（protected、private、）或聲明類（如子類可以訪問父類的protected方法）與caller之間的關(guān)系

Class caller = Reflection.getCallerClass();

// 判斷caller是否有權(quán)限方法該方法

checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);

}

}

MethodAccessor ma = methodAccessor; // read volatile

if (ma == null) {

ma = acquireMethodAccessor();

}

return ma.invoke(obj, args);

}

注意： invoke方法如果提供了錯誤的參數(shù)，會拋出一個異常，所以要提供一個異常處理器。建議在有必要的時候才使用invoke方法，有如下原因：

1、invoke方法的參數(shù)和返回值必須是Object類型，意味著必須進行多次類型轉(zhuǎn)換

2、通過反射調(diào)用方法比直接調(diào)用方法要明顯慢一些

Constructor

getConstructor(Class… parameterTypes)

獲取類的特定 public 構(gòu)造方法。參數(shù)為方法參數(shù)對應(yīng) Class 的對象

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException {

Constructor constructor = CaseMethod.class.getConstructor(int.class, String.class);

System.out.println(constructor);

}

}

class CaseMethod{

private int id;

private String name;

private int cap;

public CaseMethod(int id,String name){

this.id = id;

this.name = name;

}

public CaseMethod(int cap){

}

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果：

public com.example.app.demo.CaseMethod(int,java.lang.String)

getConstructors()

獲取類的所有 public 構(gòu)造方法

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) {

Constructor[] constructors = CaseMethod.class.getConstructors();

for (Constructor constructor : constructors) {

System.out.println(constructor);

}

}

}

class CaseMethod{

private int id;

private String name;

private int cap;

public CaseMethod(int id,String name){

this.id = id;

this.name = name;

}

public CaseMethod(int cap){

}

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果：

public com.example.app.demo.CaseMethod(int,java.lang.String)

public com.example.app.demo.CaseMethod(int)

getDeclaredConstructor(Class… parameterTypes)

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {

// 注意：由于private修飾的CaseMethod構(gòu)造函數(shù)沒有參數(shù)，所以getDeclaredConstructor()可以為空

// 默認的getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes)方法是要傳參數(shù)類型的

Constructor constructor = CaseMethod.class.getDeclaredConstructor();

Constructor declaredConstructor = CaseMethod.class.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);

System.out.println(constructor);

System.out.println(declaredConstructor);

}

}

class CaseMethod{

private int id;

private String name;

private int cap;

private CaseMethod(){

}

public CaseMethod(int id,String name){

this.id = id;

this.name = name;

}

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果：

private com.example.app.demo.CaseMethod()

public com.example.app.demo.CaseMethod(int,java.lang.String)

getDeclaredConstructors()

獲取類的所有構(gòu)造方法

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {

Constructor[] constructors = CaseMethod.class.getDeclaredConstructors();

for (Constructor constructor : constructors) {

System.out.println(constructor);

}

}

}

class CaseMethod{

private int id;

private String name;

private int cap;

private CaseMethod(){

}

public CaseMethod(int id,String name){

this.id = id;

this.name = name;

}

}

輸出：

以下為輸出結(jié)果：

private com.example.app.demo.CaseMethod()

public com.example.app.demo.CaseMethod(int,java.lang.String)

使用newInstance創(chuàng)建實例

public class ReflectDemo {

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {

Constructor constructor = CaseMethod.class.getConstructor(String.class);

CaseMethod caseMethod = constructor.newInstance("Lisa");

System.out.println(caseMethod);

}

}

class CaseMethod{

private String name;

public CaseMethod(String name){

this.name = name;

}

@Override

public String toString() {

return "CaseMethod{" +

"name='" + name + ''' +

'}';

}

}

輸出：

CaseMethod{name=‘Lisa’}

總結(jié)

Java獲得Class對象的引用的方法中，Class.forName() 方法會自動初始化Class對象，而 .class 方法不會，.class 的初始化被延遲到靜態(tài)方法或非常數(shù)靜態(tài)域的首次引用