一、反射机制

1.反射介绍

（1）反射机制允许程序在执行期借助于ReflectionAPI取得任何类的内部信息(比如成员变量，构造器，成员方法等等),并能操作对象的属性及方法。反射在设计模式和框架底层都会用到

（2）在程序执行到new的时候，就会进行类的加载，加载完类之后，在堆中就产生了一个Class类型的对象(一个类只有一个Class对象),这个对象包含了类的完整结构信息。通过这个对象得到类的结构。这个Class对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，形象的称之为：反射

2.反射机制原理示意图

3.Java 反射机制可以完成

（1）在运行时判断任意一个对象所属的类

（2）在运行时构造任意一个类的对象

（3）在运行时得到任意一个类所具有的成员变量和方法

（4）在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法

（5）生成动态代理

4.反射相关的主要类

（1）java.lang.Class:代表一个类，Class对象表示某个类加载后在堆中的对象

（2）java.lang.reflect.Method:代表类的方法，一个Method对象就表示某个类的一个方法

（3）java.lang.reflect.Field:代表类的成员变量，一个Field对象就表示某个类的一个成员变量

（4）java.lang.reflect.Constructor:代表类的构造方法，一个Constructor对象就表示一个构造器

这些类在java.lang.reflection

5.反射优点和缺点

（1）优点：可以动态的创建和使用对象(也是框架底层核心),使用灵活，没有反射机制，框架技术就失去底层支撑。

（2）缺点：使用反射基本是解释执行，对执行速度有影响

6.反射调用优化-关闭访问检查

（1）Method和Field、Constructor对象都有setAccessible(boolean)方法

（2）setAccessible作用是启动和禁用访问安全检查的开关

（3）参数值为true表示反射的对象在使用时取消访问检查，提高反射的效率。参数值为false则表示反射的对象在使用时执行访问检查

7、效率测试

代码：

public class Reflection02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {

        m1();
        m2();
        m3();
    }

    //传统方法来调用hi
    public static void m1() {

        Cat cat = new Cat();
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 900000000; i++) {
            cat.hi();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("传统方法调用 耗时=" + (end - start));
    }

    //反射机制调用方法hi
    public static void m2() throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {

        Class cls = Class.forName("com.hspedu.Cat");
        Object o = cls.newInstance();
        Method hi = cls.getMethod("hi");
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 900000000; i++) {
            hi.invoke(o);//反射调用方法
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射机制调用 耗时=" + (end - start));
    }

    //反射调用优化 + 关闭访问检查

    public static void m3() throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {

        Class cls = Class.forName("com.hspedu.Cat");
        Object o = cls.newInstance();
        Method hi = cls.getMethod("hi");
        hi.setAccessible(true);//在反射调用方法时，取消访问检查
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 900000000; i++) {
            hi.invoke(o);//反射调用方法
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射调用优化 + 关闭访问检查 耗时=" + (end - start));
    }
}

运行结果：

 

可以看到差距还是很明显的

二、Class类

1.介绍

（1）Class也是类，因此也继承Object类，类图如下

（2）Class类对象不是new出来的，而是java虚拟机在加载类时自动创建的

（3）对于某个类的Class类对象，在内存中只有一份，因为类只加载一次

（4）每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例所生成

（5）通过Class对象可以完整地得到一个类的完整结构，通过一系列API

（6）Class对象是存放在堆的

（7）类的字节码二进制数据，是放在方法区的，有的地方称为类的元数据(包括方法代码，变量名，方法名，访问权限等等)

2.Class 类的常用方法

方法名	功能说明
static Class forName(String name)	返回指定类名name的Class对象，参数name为全类名
Object newInstance()	调用缺省构造函数，返回该Class对象的一个实例
Package getPackage()	返回该Class对象对应的包对象
String getName()	返回此Class对象的全类名
Class[] getlnterfaces()	获取当前Class对象的接口
ClassLoader getClassLoader()	返回该类的类加载器
Class getSuperclass()	返回表示此Class所表示的实体的超类的Class
Constructor[] getConstructors()	返回一个包含某些Constructor对象的数组
Field getField(String name);	获取到Class对象的一个非私有属性，参数name为属性名
Field[] getDeclaredFields()	返回Field对象的一个数组,获取到Class对象的所有属性
Method getMethod(String name，Class<?>...paramType)	返回一个Method对象，此对象的方法名为name， 形参类型为paramType

说明

（1）可使用cls.getPackage().getName()获取包名 

（2）在调用Field brand = cls.getField("brand")，获取到属性对象后，

可使用属性对象的get方法获得属性的值

brand.get(car);//参数car为该属性所在类的对象，即Car类

使用set方法给属性设置值

 brand.set(car, "奔驰");//第一个参数为对象实例，第二个参数为新的属性值

（3）直接输出Class对象，显示的是对应类的全类名

String classAllPath = "com.Car";
Class<?> cls = Class.forName(classAllPath);
//输出cls
System.out.println(cls); //这里输出的就是 com.Car

 3.获取 Class 类对象的六种方式

（1）若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

Class cls1 =Class.forName(“java.lang.Cat”);//应用场景：多用于配置文件，读取类全路径，加载类.

（2）若已知具体的类，通过类的class获取，该方式最为安全可靠，程序性能最高

//应用场景：多用于参数传递，比如通过反射得到对应构造器对象.
Class cls2 =Cat.class;

（3）若已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法可以获取Class对象

//运行类型 应用场景：通过创建好的对象，获取Class对象.
Class clazz =对象.getClass();

（4）通过类加载器得到Class对象

ClassLoader cl =对象.getClass().getClassLoader();
Class clazz4 =cl.loadClass(“类的全类名”);

（5）基本数据(int,char,boolean,float,double,byte,long,short)按如下方式得到Class类对象

Class cls =基本数据类型.class

（6）基本数据类型对应的包装类，可以通过.TYPE得到Class类对象(包装类和基本数据类型获取到的Class对象其实是同一个对象)

Class cls =包装类.TYPE

4.如下类型有 Class 对象

（1）外部类，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
（6）基本数据类型
（7）void

三、类加载

1.基本说明

反射机制是java实现动态语言的关键，也就是通过反射实现类动态加载。

（1）静态加载：编译时加载相关的类，如果没有则报错，依赖性太强

（2）动态加载：运行时加载需要的类，如果运行时不用该类，即使不存在该类，则不报错，降低了依赖性

2.类加载的时机

（1）当创建对象时(new)：静态加载

（2）当子类被加载时，父类也加载：静态加载

（3）调用类中的静态成员时：静态加载

（4）通过反射,只有执行到这段代码才会加载类：动态加载Class.forName("com.test.Cat");

3.类加载流程图

4.类加载各阶段完成任务 

（1）加载阶段

• JVM在该阶段的主要目的是将字节码从不同的数据源(可能是class文件、也可能是jar包，甚至网络)转化为二进制字节流加载到内存中，并生成一个代表该类的java.lang.Class对象

（2）连接阶段-验证

• 目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。包括：文件格式验证(是否以魔数oxcafebabe开头)、元数据验证、字节码验证和符号引用验证
• 可以考虑使用-Xverify:none参数来关闭大部分的类验证措施，缩短虚拟机类加载的时间。

（3）连接阶段-准备

• JVM会在该阶段对静态变量，分配内存井进行默认初始化(对应数据类型的默认初始值，如0、0L、null、false等)。这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配

（4）连接阶段-解析

• 虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

（5）初始化

• 到初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码，此阶段是执行<clinit>()方法的过程。
• <clinit>()方法是由编译器按语句在源文件中出现的顺序，依次自动收集类中的所有静态变量的赋值动作和静态代码块中的语句，并进行合并。
• 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>0方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行<clinit>()方法完毕

四、通过反射获取类的结构信息

1.第一组: java.lang.Class 类

//得到Class对象
Class<?> personCls = Class.forName("com.reflection.Person");

（1）String getName():获取全类名

String className = personCls.getName()

（2）String getSimpleName():获取简单类名

String className = personCls.getSimpleName()

（3）Field[] getFields():获取所有public修饰的属性，包含本类以及父类的

Field[] fields = personCls.getFields();

（4）Field[] getDeclaredFields():获取本类中所有属性

Field[] declaredFields = personCls.getDeclaredFields();

（5） Method[] getMethods():获取所有public修饰的方法，包含本类以及父类的

Method[] methods = personCls.getMethods();

（6） Method[] getDeclaredMethods():获取本类中所有方法

 Method[] declaredMethods = personCls.getDeclaredMethods();

（7）Constructor<?>[] getConstructors():获取本类所有public修饰的构造器

 Constructor<?>[] constructors = personCls.getConstructors();

（8）Constructor<?>[] getDeclaredConstructors():获取本类中所有构造器

 Constructor<?>[] declaredConstructors = personCls.getDeclaredConstructors();

（9）Package getPackage():以Package形式返回包信息

Package p = personCls.getPackage()

（10）Class getSuperClass():以Class形式返回父类信息

 Class<?> superclass = personCls.getSuperclass();

（11）Class[] getInterfaces():以Class[]形式返回接口信息

Class<?>[] interfaces = personCls.getInterfaces();

（12）Annotation[] getAnnotations():以Annotation[]形式返回注解信息

 Annotation[] annotations = personCls.getAnnotations();

2.第二组: java.lang.reflect.Field 类

（1）int getModifiers():以int形式返回修饰符(说明：默认修饰符是0,public是1,private是2,protected是4,static是8,final是16,public(1)+static(8)=9)

int m = field.getModifiers()

（2）Class getType():以Class形式返回该属性类型

Class type = field.getType()

（3）String getName():返回属性名

String methodName = field.getName()

3.第三组: java.lang.reflect.Method 类

（1）int getModifiers():以int形式返回修饰符(说明：默认修饰符是0,public是1,private是2,protected是4,static是8,final是16)

int m = method.getModifiers()

（2）Class getReturnType():以Class形式获取返回类型

Class type = method.getReturnType()

（3）String getName():返回方法名

String name = method.getname()

（4）Class[] getParameterTypes():以Class[]返回参数类型数组

 Class<?>[] parameterTypes = declaredMethod.getParameterTypes();

4.第四组: java.lang.reflect.Constructor 类

（1）int getModifiers():以int形式返回修饰符

int m = constructor.getModifiers();

（2）String getName();返回构造器名(全类名)

String name = constructor.getName();

（3）Class[] getParameterTypes():以Class[]返回参数类型数组

Class<?>[] parameters = constructor.getParameterTypes();

五、通过反射创建对象

1.方式一：调用类中的public修饰的无参构造器
2.方式二：调用类中的指定构造器

Class类相关方法

• newlnstance:调用类中的无参构造器，获取对应类的对象
• getConstructor(Class... class):根据参数列表，获取对应的public构造器对象
• getDecalaredConstructor(Class… class):根据参数列表，获取对应的所有构造器对象

Constructor类相关方法

• ·setAccessible;暴破
• ·newinstance(Object.…obj):调用构造器

示例：

package com.reflection;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

/**
 * 演示通过反射机制创建实例
 */
public class ReflecCreateInstance {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {

        //1. 先获取到User类的Class对象
        Class<?> userClass = Class.forName("com.reflection.User");
        //2. 通过public的无参构造器创建实例
        Object o = userClass.newInstance();
        System.out.println(o);
        //3. 通过public的有参构造器创建实例
        /*
            constructor 对象就是
            public User(String name) {//public的有参构造器
                this.name = name;
            }
         */
        //3.1 先得到对应构造器
        Constructor<?> constructor = userClass.getConstructor(String.class);
        //3.2 创建实例，并传入实参
        Object wwj = constructor.newInstance("wwj");
        System.out.println("wwj=" + wwj);
        //4. 通过非public的有参构造器创建实例
        //4.1 得到private的构造器对象
        Constructor<?> constructor1 = userClass.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
        //4.2 创建实例
        //暴破(暴力破解), 使用反射可以访问private构造器/方法/属性, 反射面前，都是纸老虎
        constructor1.setAccessible(true);
        Object user2 = constructor1.newInstance(100, "张三丰");
        System.out.println("user2=" + user2);
    }
}

class User { //User类
    private int age = 10;
    private String name = "教育";

    public User() {//无参 public
    }

    public User(String name) {//public的有参构造器
        this.name = name;
    }

    private User(int age, String name) {//private 有参构造器
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public String toString() {
        return "User [age=" + age + ", name=" + name + "]";
    }
}

六、通过反射访问类中的成员

1.访问属性

（1）根据属性名获取Field对象：Field f =class对象.getDeclaredField(属性名);
（2）暴破：f.setAccessible(true);//f是Field
（3）访问：

Object o=class.newlnstance();//获取对象

f.set(o,值);//o表示实例对象

f.get(o);//o表示实例对象

注意：如果是静态属性，则set和get中的参数o,可以写成null

2.访问方法

（1）根据方法名和参数列表获取Method方法对象：Method m =class.getDeclaredMethod(方法名，XX.class);//得到本类的所有方法
（2）获取对象：Object o=class.newlnstance();
（3）暴破：m.setAccessible(true);
（4）访问：Object returnValue =m.invoke(o,实参列表);//o就是实例对象
注意：如果是静态方法，则invoke的参数o,可以写成null!