Java基础-反射

JAVA反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

Java反射机制在框架设计中极为广泛，需要深入理解。

反射基础

RTTI（Run-Time Type Identification）运行时类型识别。在《Thinking in Java》一书第十四章中有提到，其作用是在运行时识别一个对象的类型和类的信息。主要有两种方式：一种是“传统的”RTTI，它假定我们在编译时已经知道了所有的类型；另一种是“反射”机制，它允许我们在运行时发现和使用类的信息。

反射就是把java类中的各种成分映射成一个个的Java对象
例如：一个类有：成员变量、方法、构造方法、包等等信息，利用反射技术可以对一个类进行解剖，把个个组成部分映射成一个个对象。

首先需要理解 Class类，以及类的加载机制；然后基于此如何通过反射获取Class类以及类中的成员变量、方法、构造方法等。

Class类

Class类，Class类是一个实实在在的类，存在于JDK的java.lang包中。
Class类的实例表示java应用运行时的类(class ans enum)或接口(interface and annotation)（每个java类运行时都在JVM里表现为一个class对象，可通过类名.class、类型.getClass()、Class.forName(“类名”)等方法获取class对象）。
数组同样也被映射为class 对象的一个类，所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该 Class 对象。
基本类型boolean，byte，char，short，int，long，float，double和关键字void同样表现为 class 对象。

public final class Class<T> implements java.io.Serializable,
                              GenericDeclaration,
                              Type,
                              AnnotatedElement {
    private static final int ANNOTATION= 0x00002000;
    private static final int ENUM      = 0x00004000;
    private static final int SYNTHETIC = 0x00001000;

    private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }

    /*
     * Private constructor. Only the Java Virtual Machine creates Class objects.   //私有构造器，只有JVM才能调用创建Class对象
     * This constructor is not used and prevents the default constructor being
     * generated.
     */
    private Class(ClassLoader loader) {
        // Initialize final field for classLoader.  The initialization value of non-null
        // prevents future JIT optimizations from assuming this final field is null.
        classLoader = loader;
    }
}

Class类也是类的一种，与class关键字是不一样的
手动编写的类被编译后会产生一个Class对象，其表示的是创建的类的类型信息，而且这个Class对象保存在同名.class的文件中(字节码文件)
每个通过关键字class标识的类，在内存中有且只有一个与之对应的Class对象来描述其类型信息，无论创建多少个实例对象，其依据的都是同一个Class对象
Class类只存私有构造函数，因此对应Class对象只能有JVM创建和加载
Class类的对象作用是运行时提供或获得某个对象的类型信息，这点对于反射技术很重要

类加载

类加载机制和类字节码技术

JVM基础 - 类字节码详解
源代码通过编译器编译为字节码，再通过类加载子系统进行加载到JVM中运行
JVM基础 - Java类加载机制

类加载机制流程
类的加载

反射的使用

在Java中，Class类与java.lang.reflect类库一起对反射技术进行了全力的支持。
在反射包中，我们常用的类主要有：

Class类
Constructor类表示的是Class 对象所表示的类的构造方法，利用它可以在运行时动态创建对象
Field表示Class对象所表示的类的成员变量，通过它可以在运行时动态修改成员变量的属性值(包含private)、
Method表示Class对象所表示的类的成员方法，通过它可以动态调用对象的方法(包含private)

Class类对象的获取

在类加载的时候，jvm会创建一个class对象。
class对象是可以说是反射中最常用的，获取class对象的方式的主要有三种：

根据类名：类名.class
根据对象：对象.getClass()
根据全限定类名：Class.forName(全限定类名)

Constructor类及其用法

Field类及其用法

Method类及其用法

存在于java.lang.reflect包中。

反射机制执行的流程

public class HelloReflect {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 1. 使用外部配置的实现，进行动态加载类
            TempFunctionTest test = (TempFunctionTest)Class.forName("com.tester.HelloReflect").newInstance();
            test.sayHello("call directly");
            // 2. 根据配置的函数名，进行方法调用（不需要通用的接口抽象）
            Object t2 = new TempFunctionTest();
            Method method = t2.getClass().getDeclaredMethod("sayHello", String.class);
            method.invoke(test, "method invoke");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e ) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public void sayHello(String word) {
        System.out.println("hello," + word);
    }

}

反射获取类实例

首先调用了java.lang.Class的静态方法，获取类信息。

@CallerSensitive
public static Class<?> forName(String className)
            throws ClassNotFoundException {
    // 先通过反射，获取调用进来的类信息，从而获取当前的 classLoader
    Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
    // 调用native方法进行获取class信息
    // forName0是native方法
    return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
}

forName()反射获取类信息，并没有将实现留给了java，而是交给了jvm去加载。
主要是先获取 ClassLoader, 然后调用 native 方法，获取信息，加载类则是回调 java.lang.ClassLoader。
最后，jvm又会回调 ClassLoader 进类加载。


// java.lang.ClassLoader
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    return loadClass(name, false);
}
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    // 先获取锁
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // First, check if the class has already been loaded
        // 如果已经加载了的话，就不用再加载了
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                // 双亲委托加载
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            // 父类没有加载到时，再自己加载
            if (c == null) {
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);

                // this is the defining class loader; record the stats
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

protected Object getClassLoadingLock(String className) {
    Object lock = this;
    if (parallelLockMap != null) {
        // 使用 ConcurrentHashMap来保存锁
        Object newLock = new Object();
        lock = parallelLockMap.putIfAbsent(className, newLock);
        if (lock == null) {
            lock = newLock;
        }
    }
    return lock;
}

protected final Class<?> findLoadedClass(String name) {
    if (!checkName(name))
        return null;
    return findLoadedClass0(name);
}