神奇的Java反射

目录

前言

1.类加载器

1.1 类加载

1.2 类加载器

2.反射

2.1 反射的概述

2.2 获取Class类对象的三种方式

2.3 反射获取构造方法并使用

2.3.1 方法介绍

2.3.2 案例

2.4 反射获取成员变量并使用

2.4.1 方法介绍

2.4.2 案例

2.5 反射获取成员方法并使用

2.5.1 方法介绍

2.5.2 案例

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前言

        反射在我们生活当中是一个常见的现象，我们一般生活当中说的反射是指光反射。大家一定没想到Java也能反射吧？那么Java的反射到底是怎么一回事，它有什么作用呢？且听我向你娓娓道来。

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1.类加载器

        在介绍反射之前我们要先了解下java的类加载机制，因为java中的反射就是针对类而言的，和类的加载机制是有很大关系的。

1.1 类加载

• 类加载的描述

  • 当程序要使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过类的加载，类的连接，类的初始化这三个步骤来对类进行初始化。如果不出现意外情况，JVM将会连续完成这三个步骤，所以有时也把这三个步骤统称为类加载或者类初始化。

• 类的加载

  • 就是指将class文件读入内存，并为之创建一个 java.lang.Class 对象

  • 任何类被使用时，系统都会为之建立一个 java.lang.Class 对象

• 类的连接

  • 验证阶段：用于检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致。

  • 准备阶段：负责为类的类变量分配内存，并设置默认初始化值。

  • 解析阶段：将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用。

• 类的初始化

  • 在该阶段，主要就是对类变量进行初始化

• 类的初始化步骤

  • 假如类还未被加载和连接，则程序先加载并连接该类

  • 假如该类的直接父类还未被初始化，则先初始化其直接父类

  • 假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

  • 注意：在执行第2个步骤的时候，系统对直接父类的初始化步骤也遵循初始化步骤1-3

• 类的初始化时机

  • 创建类的实例

  • 调用类的类方法

  • 访问类或者接口的类变量，或者为该类变量赋值

  • 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象

  • 初始化某个类的子类

  • 直接使用java.exe命令来运行某个主类

1.2 类加载器

▲ 类加载器的作用

        负责将.class文件加载到内存中，并为之生成对应的 java.lang.Class 对象。虽然我们不用过分关心类加载机制，但是了解这个机制我们就能更好的理解程序的运行！

▲ JVM的类加载机制

• 全盘负责：就是当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入

• 父类委托：就是当一个类加载器负责加载某个Class时，先让父类加载器试图加载该Class，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类

• 缓存机制：保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序需要使用某个Class对象时，类加载器先从缓存区中搜索该Class，只有当缓存区中不存在该Class对象时，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存储到缓存区

▲ Java中的内置类加载器

• Bootstrap class loader：它是虚拟机的内置类加载器，通常表示为null ，并且没有父null

• Platform class loader：平台类加载器可以看到所有平台类 ，平台类包括由平台类加载器或其祖先定义的Java SE平台API，其实现类和JDK特定的运行时类

• System class loader：它也被称为应用程序类加载器 ，与平台类加载器不同。 系统类加载器通常用于定义应用程序类路径，模块路径和JDK特定工具上的类

• 类加载器的继承关系：System的父加载器为Platform，而Platform的父加载器为Bootstrap

▲ ClassLoader 中的两个方法

• 方法分类

  方法名	说明
  static ClassLoader getSystemClassLoader()	返回用于委派的系统类加载器
  ClassLoader getParent()	返回父类加载器进行委派

• 示例代码

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //static ClassLoader getSystemClassLoader()：返回用于委派的系统类加载器
        ClassLoader c = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(c); //AppClassLoader

        //ClassLoader getParent()：返回父类加载器进行委派
        ClassLoader c2 = c.getParent();
        System.out.println(c2); //PlatformClassLoader

        ClassLoader c3 = c2.getParent();
        System.out.println(c3); //null
    }
}

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2.反射

2.1 反射的概述

        是指在运行时去获取一个类的变量和方法信息。然后通过获取到的信息来创建对象，调用方法的一种机制。由于这种动态性，可以极大的增强程序的灵活性，程序不用在编译期就完成确定，在运行期仍然可以扩展。

        在上面类加载机制中我们讲过，java的每个类加载时都会生成一个class类对象。那么反射正是利用这一点，它不在通过new的方式创建对象，而是通过class类对象来创建实体类对象。

        那么我们怎么来获取Class类对象来创建实体对象并调用类的属性及方法呢？请大家接着往下看，接下来的内容就是反射中最重要的内容了！

2.2 获取Class类对象的三种方式

▲ 三种方式分类：

• 类名.class属性

• 对象名.getClass()方法

• Class.forName(全类名)方法

▲ 示例代码

public class ReflectDemo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //使用类的class属性来获取该类对应的Class对象
        Class<Student> c1 = Student.class;
        System.out.println(c1);

        Class<Student> c2 = Student.class;
        System.out.println(c1 == c2);
        System.out.println("--------");

        //调用对象的getClass()方法，返回该对象所属类对应的Class对象
        Student s = new Student();
        Class<? extends Student> c3 = s.getClass();
        System.out.println(c1 == c3);
        System.out.println("--------");

        //使用Class类中的静态方法forName(String className)
        Class<?> c4 = Class.forName("com.itheima_02.Student");
        System.out.println(c1 == c4);
    }
}

2.3 反射获取构造方法并使用

2.3.1 方法介绍

▲ Class类获取构造方法对象的方法

方法名	说明
Constructor<?>[] getConstructors()	返回所有公共构造方法对象的数组
Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()	返回所有构造方法对象的数组
Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)	返回单个公共构造方法对象
Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes)	返回单个构造方法对象

▲ Constructor类用于创建对象的方法

方法名	说明
T newInstance(Object...initargs)	根据指定的构造方法创建对象

2.3.2 案例

△ 案例需求

      通过反射获取公共的构造方法并创建对象。

△ 代码实现

      ○ 学生类

public class Student {
    //成员变量：一个私有，一个默认，一个公共
    private String name;
    int age;
    public String address;

    //构造方法：一个私有，一个默认，两个公共
    public Student() {
    }

    private Student(String name) {
        this.name = name;
    }

    Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public Student(String name, int age, String address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }

    //成员方法：一个私有，四个公共
    private void function() {
        System.out.println("function");
    }

    public void method1() {
        System.out.println("method");
    }

    public void method2(String s) {
        System.out.println("method:" + s);
    }

    public String method3(String s, int i) {
        return s + "," + i;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}

      ○ 测试类

public class ReflectDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.itheima_02.Student");

        //public Student(String name, int age, String address)
        //Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)
        Constructor<?> con = c.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
        //基本数据类型也可以通过.class得到对应的Class类型

        //T newInstance(Object... initargs)
        Object obj = con.newInstance("林青霞", 30, "西安");
        System.out.println(obj);
    }
}

2.4 反射获取成员变量并使用

2.4.1 方法介绍

▲ Class类获取成员变量对象的方法

方法名	说明
Field[] getFields()	返回所有公共成员变量对象的数组
Field[] getDeclaredFields()	返回所有成员变量对象的数组
Field getField(String name)	返回单个公共成员变量对象
Field getDeclaredField(String name)	返回单个成员变量对象

▲ Field类用于给成员变量赋值的方法

方法名	说明
void set(Object obj,Object value)	给obj对象的成员变量赋值为value

2.4.2 案例

△ 案例需求

      通过反射获取成员变量并赋值。

△ 代码实现

      ○ 学生类：参见上方学生类

      ○ 测试类

public class ReflectDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.itheima_02.Student");

        //Student s = new Student();
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();
        System.out.println(obj);

        //s.name = "林青霞";
//        Field nameField = c.getField("name"); //NoSuchFieldException: name
        Field nameField = c.getDeclaredField("name");
        nameField.setAccessible(true);
        nameField.set(obj, "林青霞");
        System.out.println(obj);

        //s.age = 30;
        Field ageField = c.getDeclaredField("age");
        ageField.setAccessible(true);
        ageField.set(obj,30);
        System.out.println(obj);

        //s.address = "西安";
        Field addressField = c.getDeclaredField("address");
        addressField.setAccessible(true);
        addressField.set(obj,"西安");
        System.out.println(obj);
    }
}

2.5 反射获取成员方法并使用

2.5.1 方法介绍

▲ Class类获取成员方法对象的方法

方法名	说明
Method[] getMethods()	返回所有公共成员方法对象的数组，包括继承的
Method[] getDeclaredMethods()	返回所有成员方法对象的数组，不包括继承的
Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)	返回单个公共成员方法对象
Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)	返回单个成员方法对象

▲ Method类用于执行方法的方法

方法名	说明
Object invoke(Object obj,Object... args)	调用obj对象的成员方法，参数是args,返回值是Object类型

2.5.2 案例

△ 案例需求

      通过反射获取成员方法并调用。

△ 代码实现

      ○ 学生类：参见上方学生类

      ○ 测试类

public class ReflectDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //获取Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.itheima_02.Student");

        //Student s = new Student();
        Constructor<?> con = c.getConstructor();
        Object obj = con.newInstance();

        //s.method1();
        Method m1 = c.getMethod("method1");
        m1.invoke(obj);

        //s.method2("林青霞");
        Method m2 = c.getMethod("method2", String.class);
        m2.invoke(obj,"林青霞");

//        String ss = s.method3("林青霞",30);
//        System.out.println(ss);
        Method m3 = c.getMethod("method3", String.class, int.class);
        Object o = m3.invoke(obj, "林青霞", 30);
        System.out.println(o);

        //s.function();
//        Method m4 = c.getMethod("function"); //NoSuchMethodException: com.itheima_02.Student.function()
        Method m4 = c.getDeclaredMethod("function");
        m4.setAccessible(true);
        m4.invoke(obj);
    }
}

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        以上就是关于反射如何创建对象并使用的全过程的介绍。类加载只需作为了解，大家重点掌握反射创建并使用对象的过程就可以了。