前言
- 反射（Reflection）是一种在运行时 动态访问类型信息 的机制。
- 在这篇文章里，我将带你梳理
Java & Kotlin反射的使用攻略，追求简单易懂又不失深度，如果能帮上忙，请务必点赞加关注！
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目录
1. 类型系统的基本概念
首先，梳理一一下类型系统的基础概念：
- 问：什么是强 / 弱类型语言？：
答：强 / 弱类型语言的区分，关键在于变量是否 （倾向于） 类型兼容。例如，Java 是强类型语言，变量有固定的类型，以下代码在 Java 中是非法的：
public class MyRunnable { public abstract void run(); } // 编译错误:Incompatible types java.lang.Runnable runnable = new MyRunnable() { @Override public void run() { } } runnable.run(); // X 复制代码
相对地，JavaScript 是弱类型语言，一个变量没有固定的类型，允许接收不同类型的值：
function MyRunnable(){ this.run = function(){ } } function Runnable(){ this.run = function(){ } } var ss = new MyRunnable(); ss.run(); // 只要对象有相同方法签名的方法即可 ss = new Runnable(); ss.run(); 复制代码
更具体地描述，Java的强类型特性体现为：变量仅允许接收相同类型或子类型的值。 嗯（黑人问号脸）？和你的理解一致吗？请看下面代码，哪一行是有问题的：
注意，请读者假设 1 ~ 4 号代码是单独运行的 long numL = 1L; int numI = 0; numL = numI; // 1 numI = (int)numL; // 2 Integer integer = new Integer(0); Object obj = new Object(); integer = (Integer) obj; // 3 ClassCastException obj = integer; // 4 复制代码
在这里，第 3 句代码会发生运行时异常，结论：
- 1：调用字节码指令 i2l，将 int 值转换为 long 值。（此时，numL 变量接收的是相同类型的值，命题正确）
- 2：调用字节码指令 l2i，将 long 值转换为 int 值。（此时，numI 变量接收的是相同类型的值，命题正确）
- 3：调用字节码指令 checkcast，发现 obj 变量的值不是 Integer 类型，抛出 ClassCastException。（此时，Integer 变量不允许接收 Object 对象，命题正确）
- 4：integer 变量的值是 obj 变量的子类型，可以接收。（此时，Object 变量允许接收 Integer 对象，命题正确）
用一张图概括一下：
- 问：什么是静态 / 动态类型语言？
答：静态 / 动态类型语言的区分，关键在于类型检查是否 （倾向于） 编译时执行。例如， Java & C/C++ 是静态类型语言，而 JavaScript 是动态类型语言。需要注意的是，这个定义并不是绝对的，例如 Java 也存在运行时类型检查的方式，例如上面提到的 checkcast 指令本质上是在运行时检查变量的类型与对象的类型是否相同。 那么 Java 是如何在运行时获得类型信息的呢？这就是我们下一节要讨论的问题。
2. 反射的基本概念
- 问：什么是反射？为什么要使用反射？
答：反射（Reflection）是一种在运行时 动态访问类型信息 的机制。Java 是静态强类型语言，它倾向于在编译时进行类型检查，因此当我们访问一个类时，它必须是编译期已知的，而使用反射机制可以解除这种限制，赋予 Java 语言动态类型的特性。例如：
void func(Object obj) { try { Method method = obj.getClass().getMethod("run",null); method.invoke(obj,null); } ... 省略 catch 块 } func(runnable); 调用 Runnale#run() func(myRunnable); 调用 MyRunnale#run() 复制代码
- 问：Java 运行时类型信息是如何表示的？
所有的类在第一次使用时动态加载到内存中，并构造一个 Class 对象，其中包含了与类有关的所有信息，Class 对象是运行时访问类型信息的入口。需要注意的是，每个类 / 内部类 / 接口都拥有各自的 Class 对象。
- 问：获取 Class 对象有几种方式，有什么区别？答：获取 Class 对象是反射的起始步骤，具体来说，分为以下三种方式：
- 问：为什么反射性能差，怎么优化？
答：主要有以下原因：
| 性能差原因 | 优化方法 |
| 产生大量中间变量 | 缓存元数据对象 |
| 增加了检查可见性操作 | 调用Method#setAccessible(true)，减少不必要的检查 |
| Inflation 机制会生成字节码，而这段字节码没有经过优化 | / |
| 缺少编译器优化，普通调用有一系列优化手段，例如方法内联，而反射调用无法应用此优化 | / |
| 增加了装箱拆箱操作，反射调用需要构建包装类 | / |
3. 反射调用的 Inflation 机制
反射调用是反射的一个较为常用的场景，这里我们来分析下反射调用的源码。反射调用需要使用Method#invoke(...)，源码如下：
Method.java
public Object invoke(Object obj, Object... args) { MethodAccessor ma = methodAccessor; if (ma == null) { ma = acquireMethodAccessor(); } return ma.invoke(obj, args); } 复制代码
NativeMethodAccessorImpl.java
class NativeMethodAccessorImpl extends MethodAccessorImpl { private final Method method; private DelegatingMethodAccessorImpl parent; private int numInvocations; NativeMethodAccessorImpl(Method var1) { this.method = var1; } public Object invoke(Object var1, Object[] var2) { 1. 检查调用次数是否超过阈值 if (++this.numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold() && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(this.method.getDeclaringClass())) { 2. ASM 生成新类 MethodAccessorImpl var3 = (MethodAccessorImpl)(new MethodAccessorGenerator()).generateMethod(this.method.getDeclaringClass(), this.method.getName(), this.method.getParameterTypes(), this.method.getReturnType(), this.method.getExceptionTypes(), this.method.getModifiers()); 3. 设置为代理 this.parent.setDelegate(var3); } 4. 调用 native 方法 return invoke0(this.method, var1, var2); } void setParent(DelegatingMethodAccessorImpl var1) { this.parent = var1; } private static native Object invoke0(Method var0, Object var1, Object[] var2); } 复制代码
ReflectionFactory.java
public class ReflectionFactory { private static int inflationThreshold = 15; static int inflationThreshold() { return inflationThreshold; } } 复制代码
可以看到，反射调用最终会委派给 NativeMethodAccessorImpl ，要点如下：
- 当反射调用执行次数较少时，直接通过 native 方法调用；
- 当反射调用执行次数较多时，则通过 ASM 字节码生成技术生成新的类，以后的反射调用委派给新生成的类来处理。
提示： 为什么不一开始就生成新类呢？因为生成字节码的时间成本高于执行一次 native 方法的时间成本，所以在反射调用执行次数较少时，就直接调用 native 方法了。
4. 反射的应用场景
4.1 类型判断
4.2 创建对象
- 1、使用 Class.newInstance()，适用于类拥有无参构造方法
Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String"); String str= (String) classType.newInstance(); 复制代码
- 2、Constructor.newInstance()，适用于使用带参数的构造方法
Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String"); Constructor<?> constructor = classType.getConstructor(new Class[]{String.class}); constructor.setAccessible(true); String employee3 = (String) constructor.newInstance(new Object[]{"123"}); 复制代码
4.3 创建数组
创建数组需要元素的 Class 对象作为 ComponentType：
- 1、创建一维数组
Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String"); String[] array = (String[]) Array.newInstance(classType, 5); 长度为5 Array.set(array, 3, "abc"); 设置元素 String string = (String) Array.get(array,3); 读取元素 复制代码
- 2、创建多维数组
Class[] dimens = {3, 3}; Class[][] array = (Class[][]) Array.newInstance(int.class, dimens); 复制代码
4.3 访问字段、方法
Editting...
4.4 获取泛型信息
我们知道，编译期会进行类型擦除，Code 属性中的类型信息会被擦除，但是在类常量池属性（Signature属性、LocalVariableTypeTable属性）中还保留着泛型信息，因此我们可以通过反射来获取这部分信息。在这篇文章里，我们详细讨论：《Java | 关于泛型能问的都在这里了（含Kotlin）》，请关注！
4.5 获取运行时注解信息
注解是一种添加到声明上的元数据，而RUNTIME注解在类加载后会保存在 Class 对象，可以反射获取。在这篇文章里，我们详细讨论：《Java | 这是一篇全面的注解使用攻略（含 Kotlin）》，请关注！
