Java反射

昨天去参加比赛了，所以没有进行博客迁移。人生中的第一场健体比赛，虽然没得奖，但是收获和带来的思考颇丰。意外地进入了男子B组（174以上）的半决赛，然后在半决赛的时候还被裁判员点名出去单独比较，这个很让我惊喜。最后不意外地止步决赛。事后看视频感觉自己没发挥好，有些遗憾，下一次比赛要更加认真的对待！
废话少说，进入今天的主题：Java反射。

这篇文章是根据马士兵老师的Java视频课程所整理的。感谢马士兵老师，很有个人魅力的一个人。

前言

我们写程序时一直在使用各种各样不同的类来生成对象，但是却从没想过为什么可以这样做。所谓的类，只不过是.java文件中的一些文本罢了，我们知道很多事情JVM帮我们做了，但却并不知道JVM做了什么。

类的加载机制

学Java的人都知道这样一句话：

在Java中，一切都是对象。

所谓的类，其实在JVM中也是对象，它的类型就是类类型。说起来有点拗口，但确实
所有的类都是通过ClassLoader这个类加载到内存中的CodeSegment中去的。但是类也分等级，比如核心类，如String；拓展类，如xxx（具体类名不记得了..）；还有自己定义的类，如Student。这些类是被不同的ClassLoader加载进来的，

通过下列程序来查看Java的类加载过程：

class TestClassLoader{    public static void main(String[] args){        new A();        System.out.println("--------");        new B();        new C();        new C();    }    class A{    }    class B{    }    class C{        static {            System.out.println("ccccccccc");        }    }}

运行上述程序，打印verbose日志，发现JVM的类加载过程如下：
1. JVM首先使用bootstrap classloader和extension classloader去加载一些核心类，如String类这些，可以认为这些类是Java程序运行所必须的类。
2. 使用application classloader去加载TestClassLoader这个我们创建的类。然后其中的代码从main方法开始执行，首先碰到的是方法参数中的String类，这个时候applicationclassloader会问extensionclassloader有没有加载过String类，如果extensionclassloader不知道，它会再向上询问bootstrapclassloader，并最终得到结果并告诉applicationclassloader。如果没加载过，那么applicationclassloader会去找String类进行加载，如果已经加载过了，就不再加载。否则每次遇见类就加载的话，我们就可以让程序加载我们的自己写的和某些核心类同名的类了，相当于是将java中的核心类替换成了我们自己的类，这是极不安全的。因此classloader的这种逐级向上询问的方式可以防止开发者篡改核心类的代码，开发核心病毒。
3. 一个类只会被加载一次，原因如上所述。
4. 静态代码块是在类加载的时候执行的，所以上述代码中虽然new了两个C对象，但是其静态代码块只会执行一次。即只会输出一次ccccccccc

关于上面提到的三种classLoader

• bootstrap class loader
  
  • implemented by native language (C, C++)
  • load core classes of jdk
• extension class loader
  
  • load classed from jre/lib/ext
• application class loader
  
  • load user-define classes
• other class loaders
  
  • SecureClassLoader
  • URLClassLoader
  • …
    这三种classloader并不是继承关系，而是层次关系，比如你load我，我再load他，这样子。

思考这样一个问题：

• 写一个方法，这个方法的签名为Object fun(String className){}。要求在方法体中实现根据传入的类名生成一个该类的对象，并返回。

对于人来说，这个任务非常简单，但是对于计算机来说，这个任务就非常麻烦了，因为方法得到的类名是一个String对象，如何将这个String对象转换成类的类型呢？这个时候就必须要用到反射了。理解反射机制也必须理解上面所讲的类加载机制。
插一句：其实万物都有始。我们不了解类加载机制也不妨碍我们写一些应用层的代码，但是不代表类的加载是无缘无故完成，它必定有一个过程，必定有一个开始的地方。

TestReflect.java

public class TestReflect {    public static void main(String[] args) throws InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {        //假设现在程序知道了有一个类的名字叫做Student，现在要创建它的对象        String s = "Reflect.Student";//一定要用完全限定名，这点和马士兵视频中的不同，可能是jdk版本的原因        //首先要根据类名去寻找这个类文件，并将其加载到内存中来，加载后以一个Class对象的方式存在与内存中        Class c = Class.forName(s); // throws ClassNotFoundException        //根据加载进来的类对象创建这个类的对象        Object student = c.newInstance(); // throws InstantiationException and IllegalAccessException        //探知这个类的属性        Field[] fields = c.getFields();        System.out.println("探知到的属性数 = "+fields.length);        for(Field field : fields){            System.out.println(field.getName());        }        //探知这个类的方法        Method[] methods = c.getMethods();        System.out.println("探知到的方法数 = "+methods.length);        for (Method method : methods){            System.out.println(method.getName());            //调用这个类的方法            if (method.getName().equals("fun1")){                method.invoke(student);//throws IllegalArgumentException            }            //甚至还能调用Method的getParameterTypes()和getReturnType()拿到方法的参数类型和返回值类型。具体的可以参考Java的API文档        }       }}

Student.java

class Student {    public String i = "public";    protected String s = "protected";    String ss = "default";    private String sss = "private";    static String kk = "static";    static {        System.out.println("class Student has been loaded");    }    Student(){        System.out.println("object Student has been constructed");    }    public void fun1(){        System.out.println("public function fun1() has been invoked");    }    protected void fun2(){        System.out.println("protected function fun2() has been invoked");    }    void fun3(){        System.out.println("default function fun3() has been invoked");    }    private void fun4(){        System.out.println("private function fun4() has been invoked");    }}

输出：

class Student has been loaded
object Student has been constructed
探知到的属性数 = 1
i
探知到的方法数 = 10
fun1
public function fun1() has been invoked
wait
wait
wait
equals
toString
hashCode
getClass
notify
notifyAll

从上面的输出可以看出，利用反射动态加载的类，只能使用其public属性和方法，其他三种修饰符的一律不可以使用。

总结

所谓反射，其实跟中文中的词汇“反射”没什么特别大的联系，在Java中只是一种用于动态加载和生成类对象并使用之的技术手段。

在哪里会用到反射？

当一个程序的运行依赖于配置文件时，这个程序极有可能使用了反射。因为程序从配置文件中读到的只能是字符串，要根据字符串实现不同的逻辑，很可能涉及到不同的类，而要根据字符串生成不同的类，则必须用到反射。当然也可以在程序内写很多分支判断语句，但是这种做法会产生大量的不运行代码，而且，除非分支语句能够穷尽所有的可能，否则这个程序总存在bug。尤其是当程序运行所依赖的外部参数多于一个时，分支语句的个数简直是成指数增加，几乎不可能穷尽。

后记：我试着学习鸿洋和郭霖的文风，而尽量避免stormzhang的风格，因为我个人感觉前者的文章看着更加舒服。但我深知自己离他们任何一个人的水平都还差太远，所以如果文章中出现哪些技术性错误，请一定告诉我错在哪里，谢谢！

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