Java中的Reflection（反射）、暴力反射

1. 反射(Reflection)的概念

1.1 反射的出现背景

Java程序中，所有的对象都有两种类型：编译时类型和运行时类型，而很多时候对象的编译时类型和运行时类型不一致。

例如：

Object obj = new String("hello");
obj.getClass()

如上：某些变量或形参的声明类型是Object类型，但是程序却需要调用该对象运行时类型的方法，该方法不是Object中的方法，那么如何解决呢？

解决这个问题，有两种方案：

方案1：在编译和运行时都完全知道类型的具体信息，在这种情况下，我们可以直接先使用instanceof运算符进行判断，再利用强制类型转换符将其转换成运行时类型的变量即可。

方案2：编译时根本无法预知该对象和类的真实信息，程序只能依靠运行时信息来发现该对象和类的真实信息，这就必须使用反射。

1.2 反射概述

Reflection（反射）是被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在运行期间借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象就包含了完整的类的结构信息。此时就可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，我们形象的称之为：反射。

从内存加载上看反射：

1.3 Java反射机制研究及应用

Java反射机制提供的功能：

• 在运行时判断任意一个对象所属的类
• 在运行时构造任意一个类的对象
• 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
• 在运行时获取泛型信息
• 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
• 在运行时处理注解
• 生成动态代理

1.4 反射相关的主要API

java.lang.Class：代表一个类

java.lang.reflect.Method：代表类的方法

java.lang.reflect.Field：代表类的成员变量

java.lang.reflect.Constructor：代表类的构造器

......

1.5 反射的优缺点

优点：

• 提高了Java程序的灵活性和扩展性，降低了耦合性，提高自适应能力
  
• 允许程序创建和控制任何类的对象，无需提前硬编码目标类
  

缺点：

• 反射的性能较低。

• 反射机制主要应用在对灵活性和扩展性要求很高的系统框架上

• 反射会模糊程序内部逻辑，可读性较差。
  

2. Class类并获取Class实例

要想解剖一个类，必须先要获取到该类的Class对象。而剖析一个类或用反射解决具体的问题就是使用相关API:

• java.lang.Class
• java.lang.reflect.*

所以，Class对象是反射的根源。

2.1 理解Class

2.1.1 理论上

在Object类中定义了以下的方法，此方法将被所有子类继承：

public final Class getClass()

以上的方法返回值的类型是一个Class类，此类是Java反射的源头，实际上所谓反射从程序的运行结果来看也很好理解，即：可以通过对象反射求出类的名称。

对象照镜子后可以得到的信息：某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。对于每个类而言，JRE 都为其保留一个不变的 Class 类型的对象。一个 Class 对象包含了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitivetype/void/[])的有关信息。

• Class本身也是一个类
• Class 对象只能由系统建立对象
• 一个加载的类在 JVM 中只会有一个Class实例
• 一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件
• 每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成
• 通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构
• Class类是Reflection的根源，针对任何你想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的Class对象

2.1.2 内存结构上

说明：上图中字符串常量池在JDK6中存储在方法区；JDK7及以后，存储在堆空间。

2.2 获取Class类的实例(四种方法)

方式1：要求编译期间已知类型

前提：若已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠，程序性能最高

实例：

Class clazz = String.class;

方式2：获取对象的运行时类型

前提：已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象

实例：

Class clazz = "www.example.com".getClass();

方式3：可以获取编译期间未知的类型

前提：已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方法forName()获取，可能抛出ClassNotFoundException

实例：

Class clazz = Class.forName("java.lang.String");

方式4：其他方式(不做要求)

前提：可以用系统类加载对象或自定义加载器对象加载指定路径下的类型

实例：

ClassLoader cl = this.getClass().getClassLoader();
Class clazz4 = cl.loadClass("类的全类名");

再举例：

public class GetClassObject {
    @Test
    public void test01() throws ClassNotFoundException{
        Class c1 = GetClassObject.class;
        GetClassObject obj = new GetClassObject();
        Class c2 = obj.getClass();
        Class c3 = Class.forName("com.example.classtype.GetClassObject");
        Class c4 = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("com.example.classtype.GetClassObject");
        System.out.println("c1 = " + c1);
        System.out.println("c2 = " + c2);
        System.out.println("c3 = " + c3);
        System.out.println("c4 = " + c4);
        System.out.println(c1 == c2);
        System.out.println(c1 == c3);
        System.out.println(c1 == c4);
    }
}

2.3 哪些类型可以有Class对象

简而言之，所有Java类型！

（1）class：外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类

（2）interface：接口

（3）[]：数组

（4）enum：枚举

（5）annotation：注解@interface

（6）primitive type：基本数据类型

（7）void

举例：

Class c1 = Object.class;
Class c2 = Comparable.class;
Class c3 = String[].class;
Class c4 = int[][].class;
Class c5 = ElementType.class;
Class c6 = Override.class;
Class c7 = int.class;
Class c8 = void.class;
Class c9 = Class.class;
int[] a = new int[10];
int[] b = new int[100];
Class c10 = a.getClass();
Class c11 = b.getClass();
// 只要元素类型与维度一样，就是同一个Class
System.out.println(c10 == c11);

2.4 Class类的常用方法

举例：

String str = "test4.Person";
Class clazz = Class.forName(str);
Object obj = clazz.newInstance();
Field field = clazz.getField("name");
field.set(obj, "Peter");
Object name = field.get(obj);
System.out.println(name);
//注：test4.Person是test4包下的Person类