Java反射

引言

首先我们了解一下JVM，什么是JVM，Java的虚拟机，Java之所以能跨平台就是因为这个东西，你可以理解成一个进程，程序，它就是用来跑你的代码的。下面是JVM的内存模型图：

假如你写了一段代码：Person p = new Person ()，然后点击了编译器的运行按钮。

首先Java文件会Java编译器编译为.class文件，然后JVM会启动，类加载器把.class文件中的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构，然后在Java堆中生成一个代表这个类java.lang.Class对象。

每个类只有一个class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口。JVM创建class对象前，会先检查类是否加载，寻找类对应的class对象，若加载好，则为你的对象分配内存，初始化，也就是代码new Person ()的过程。具体可以参考JVM内存模型(深入理解Java虚拟机学习笔记)和 Java类加载(深入理解Java虚拟机学习笔记)。

使用场景和作用

讲上面的内容，就是为了引出反射的使用场景。

对象p是自己new出来的，这是在代码内部固定的。现在假如服务器上突然遇到某个请求需要用到某个类，但没加载进JVM。不可能停下服务器，修改代码，这样代价太大。

反射的作用是什么呢？当我们的程序在运行时，可以动态地加载一些之前暂时可能用不到所以没有加载到JVM的类。

很多后端框架（比如Spring）都是配置化的（比如通过XML文件配置JavaBean,Action之类的），为了保证框架的通用性，它们可能需要根据配置文件加载不同的对象或类，调用不同的方法，这个时候就必须用到反射——运行时动态加载需要加载的对象。

举一个例子，在运用Struts 2框架的开发中我们一般会在struts.xml里去配置Action，比如：

<action    name="login"    class="org.ScZyhSoft.test.action.SimpleLoginAction"    method="execute">    <result>/shop/shop-index.jsp</result>    <result name="error">login.jsp</result></action>

配置文件与Action建立了一种映射关系，当View层发出请求时，请求会被StrutsPrepareAndExecuteFilter拦截，然后StrutsPrepareAndExecuteFilter会去动态地创建Action实例。——比如我们请求login.action，那么StrutsPrepareAndExecuteFilter就会去解析struts.xml文件，检索action中name为login的Action，并根据class属性创建SimpleLoginAction实例，并用invoke方法来调用execute方法，这个过程离不开反射。

又比如当我们在使用IDE(如Eclipse，IDEA，Android Studio)时，当我们输入一个对象或类并想调用它的属性或方法时，一按点号，编译器就会自动列出它的属性或方法，这里就会用到反射。

下面是反射在Android开发中的一些作用：

1. 操作因访问权限限制的属性和方法；

2. 实现自定义注解；

3. 动态加载第三方jar包，解决android开发中方法数不能超过65536个的问题；

4. 按需加载类，节省编译和初始化APK的时间；

对与框架开发人员来说，反射虽小但作用非常大，它是各种容器实现的核心。而对于一般的开发者来说，不深入框架开发则用反射用的就会少一点，不过了解一下框架的底层机制有助于丰富自己的编程思想，也是很有益的。

概念

简而言之，通过反射，我们可以在运行时获得程序或程序集中每一个类型的成员和成员的信息。

程序中一般的对象的类型都是在编译期就确定下来的，而Java反射机制可以动态地创建对象并调用其属性，这样的对象的类型在编译期是未知的。所以我们可以通过反射机制直接创建对象，即使这个对象的类型在编译期是未知的。

反射的核心是JVM在运行时才动态加载类或调用方法/访问属性，它不需要事先（写代码的时候或编译期）知道运行对象是谁。

Java反射框架主要提供以下功能：

• 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（通过反射甚至可以调用private方法）；
• 在运行时调用任意一个对象的方法

重点：是运行时而不是编译时

基本使用

上面我们提到了反射可以用于判断任意对象所属的类，获得Class对象，构造任意一个对象以及调用一个对象。这里我们介绍一下基本反射功能的实现(反射相关的类一般都在java.lang.relfect包里)。

获得Class对象

方法有三种：

(1)使用Class类的forName静态方法：

Class<?> clz2 = Class.forName(“java.util.Date”);

(2)使用类的class属性，比如：

Class<java.util.Date> clz1 = java.util.Date.class;

(3)调用某个对象的getClass()方法，比如：

java.util.Date str = new java.util.Date();Class<?> clz3 = str.getClass();

判断是否为某个类的实例

一般地，我们用instanceof关键字来判断是否为某个类的实例。同时我们也可以借助反射中Class对象的isInstance()方法来判断是否为某个类的实例，它是一个Native方法：

public native boolean isInstance(Object obj);

创建实例

通过反射来生成对象主要有两种方式：

（1）使用Class对象的newInstance()方法来创建Class对象对应类的实例：

Class<?> c = String.class;Object str = c.newInstance();

（2）先通过Class对象获取指定的Constructor对象，再调用Constructor对象的newInstance()方法来创建实例。这种方法可以用指定的构造器构造类的实例：

//获取String所对应的Class对象Class<?> c = String.class;//获取String类带一个String参数的构造器Constructor constructor = c.getConstructor(String.class);//根据构造器创建实例Object obj = constructor.newInstance("23333");System.out.println(obj);

获取方法

获取某个Class对象的方法集合，主要有以下几个方法：

1.getDeclaredMethods()方法返回类或接口声明的所有方法，包括公共、保护、默认（包）访问和私有方法，但不包括继承的方法：

public Method[] getDeclaredMethods() throws SecurityException

2.getMethods()方法返回某个类的所有公用（public）方法，包括其继承类的公用方法：

public Method[] getMethods() throws SecurityException

3.getMethod方法返回一个特定的方法，其中第一个参数为方法名称，后面的参数为方法的参数对应Class的对象：

public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)

只是这样描述的话可能难以理解，我们用例子来理解这三个方法：

public class test {    public static void test() throws IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {            Class<?> c = methodClass.class;            Object object = c.newInstance();            Method[] methods = c.getMethods();            Method[] declaredMethods = c.getDeclaredMethods();            //获取methodClass类的add方法            Method method = c.getMethod("add", int.class, int.class);            //getMethods()方法获取的所有方法            System.out.println("getMethods获取的方法：");            for(Method m:methods)                System.out.println(m);            //getDeclaredMethods()方法获取的所有方法            System.out.println("getDeclaredMethods获取的方法：");            for(Method m:declaredMethods)                System.out.println(m);        }    }}class methodClass {    public int add(int a,int b) {        return a+b;    }    public int sub(int a,int b) {        return a+b;    }}

程序运行的结果如下：

getMethods获取的方法：public int org.ScZyhSoft.common.methodClass.add(int,int)public int org.ScZyhSoft.common.methodClass.sub(int,int)public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedExceptionpublic final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedExceptionpublic final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedExceptionpublic 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()getDeclaredMethods获取的方法：public int org.ScZyhSoft.common.methodClass.add(int,int)public int org.ScZyhSoft.common.methodClass.sub(int,int)

可以看到，通过getMethods()获取的方法可以获取到父类的方法,比如java.lang.Object下定义的各个方法。

获取构造器信息

获取类构造器的用法与上述获取方法的用法类似。主要是通过Class类的getConstructor方法得到Constructor类的一个实例，而Constructor类有一个newInstance方法可以创建一个对象实例：

public T newInstance(Object ... initargs)

此方法可以根据传入的参数来调用对应的Constructor创建对象实例。

获取类的成员变量（字段）信息

主要是这几个方法，在此不再赘述：

getFiled: 访问公有的成员变量。
getDeclaredField：所有已声明的成员变量。但不能得到其父类的成员变量。

getFileds和getDeclaredFields用法同上（参照Method）。

调用方法

当我们从类中获取了一个方法后，我们就可以用invoke()方法来调用这个方法，invoke方法的原型为：

public Object invoke(Object obj, Object... args)        throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,           InvocationTargetException

下面是一个实例：

public class test1 {    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {        Class<?> klass = methodClass.class;        //创建methodClass的实例        Object obj = klass.newInstance();        //获取methodClass类的add方法        Method method = klass.getMethod("add",int.class,int.class);        //调用method对应的方法 => add(1,4)        Object result = method.invoke(obj,1,4);        System.out.println(result);    }}class methodClass {    public final int fuck = 3;    public int add(int a,int b) {        return a+b;    }    public int sub(int a,int b) {        return a+b;    }}

利用反射创建数组

数组在Java里是比较特殊的一种类型，它可以赋值给一个Object Reference。下面我们看一看利用反射创建数组的例子：

public static void testArray() throws ClassNotFoundException {        Class<?> cls = Class.forName("java.lang.String");        Object array = Array.newInstance(cls,25);        //往数组里添加内容        Array.set(array,0,"hello");        Array.set(array,1,"Java");        Array.set(array,2,"fuck");        Array.set(array,3,"Scala");        Array.set(array,4,"Clojure");        //获取某一项的内容        System.out.println(Array.get(array,3));}

其中的Array类为java.lang.reflect.Array类。我们通过Array.newInstance()创建数组对象，它的原型是：

public static Object newInstance(Class<?> componentType, int length)        throws NegativeArraySizeException {        return newArray(componentType, length);}

而newArray()方法是一个Native方法，它在Hotspot JVM里的具体实现我们后边再研究，这里先把源码贴出来：

private static native Object newArray(Class<?> componentType, int length)        throws NegativeArraySizeException;

源码目录:openjdk\hotspot\src\share\vm\runtime\reflection.cpp：

arrayOop Reflection::reflect_new_array(oop element_mirror, jint length, TRAPS) {  if (element_mirror == NULL) {    THROW_0(vmSymbols::java_lang_NullPointerException());  }  if (length < 0) {    THROW_0(vmSymbols::java_lang_NegativeArraySizeException());  }  if (java_lang_Class::is_primitive(element_mirror)) {    Klass* tak = basic_type_mirror_to_arrayklass(element_mirror, CHECK_NULL);    return TypeArrayKlass::cast(tak)->allocate(length, THREAD);  } else {    Klass* k = java_lang_Class::as_Klass(element_mirror);    if (k->oop_is_array() && ArrayKlass::cast(k)->dimension() >= MAX_DIM) {      THROW_0(vmSymbols::java_lang_IllegalArgumentException());    }    return oopFactory::new_objArray(k, length, THREAD);  }}

另外，Array类的set()和get()方法都为Native方法，在HotSpot JVM里分别对应Reflection::array_set和Reflection::array_get方法，这里就不详细解析了。

总结

优点

灵活、自由度高，不受类的访问权限限制，想对类做啥就做啥。

缺点

性能问题：通过反射访问、修改类的属性和方法时会远慢于直接操作，但性能问题的严重程度取决于在程序中是如何使用反射的。如果使用得很少，不是很频繁，性能将不会是什么问题。

安全性问题：反射可以随意访问和修改类的所有状态和行为，破坏了类的封装性，如果不熟悉被反射类的实现原理，随意修改可能导致潜在的逻辑问题。

兼容性问题：因为反射会涉及到直接访问类的方法名和实例名，不同版本的API如果有变动，反射时找不到对应的属性和方法时会报异常。

说明

1.通过反射访问方法比实例慢很多；
2.有用到反射的类不能被混淆；
3.反射存在性能问题，但使用不频繁、按需使用时，对程序性能影响并不大；
4.反射存在安全性问题，因为可以随意修改类的所有状态和行为（包括private方法和实例）；
5.使用反射访问Android的API时需要注意因为不同API版本导致的兼容性问题。

参考：
1.深入解析Java反射（1） - 基础
2.学习java应该如何理解反射？
3.深入浅出反射