java基础-反射

一、类的加载

（一） 定义及过程：

当程序需要使用某个类的时候，如果这个类还没有被加载到内存中，则系统会通过加载、连接、初始化三个步骤对这个类进行初始化；

  1. 加载：
    1. 将class文件读入内存，并为之创建一个Class对象；
    2. 任何类被使用时，系统都会建立一个Class对象；
  2. 连接：
    1. 验证：是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致；
    2. 准备：负责为类的静态成员分配内存，并设置默认初始化值；（原来静态成员在这里加载）
    3. 解析：将类的二进制数据中的引用替换为直接引用；
  3. 初始化：即对对象的初始化；

（二）类初始化时机

  1. 创建类的实例；
  2. 访问类的静态变量，或者为静态变量赋值；
  3. 调用类的静态方法；
  4. 使用反射方式来强制创建某个类或者接口对应的Class对象；
  5. 初始化某个类的子类；
  6. 直接使用java.exe命令运行某个主类的时候；

（三）类加载器

  1. 作用：
    1. 负责将class文件加载到内存中，
    2. 为之生成对应的Class对象；
  2. 分类
    1. 根类加载器（引导类加载器）Bootstrap ClassLoader，（即加载系统的东西）
      • 负责java核心类的加载（如String类），在jdk/jre/rt.jar文件中；
    2. 扩展类加载器Extension ClassLoader（即加载扩展类的东西）
      • 负责jre的扩展目录中jar包的加载，在jdk/jre/lib/ext目录下；
    3. 系统类加载器System ClassLoader（即加载程序员写的类）
      • 负责在JVM 启动时加载来自java命令的class文件，
      • classpath环境变量所指向的jar包和类路劲；

二、反射

（一） 定义、作用及特点###

  1. 作用：通过class文件来使用类的成员变量、成员方法、构造方法；
  2. 特点：运行状态下，动态获取信息以及动态调用对象方法；（因为是在运行时才做的操作，因此反射实际上有效率损失，会延长代码运行时间）
    1. 对于任何类，都可以知道这个类的所有属性和方法；
    2. 对于任何对象，都可以调用他的任意一个方法和属性；
  3. 原理：要想解剖一个类，必须先要获取一个类的字节码文件对象（即class文件）。而解剖使用的就是Class类中的方法，所以先要获取到每一个字节码文件对应的Class类型的对象；
    • 正常情况下：java文件-->class文件-->给JVM调用；
    • 反射：Class文件对象--->class文件对象-->给JVM调用；
  • 因此我们要首先获取Class文件对象，然后构造出class文件对象，这里实际上将所有的class文件看成对象，这个对象的类就是Class，成员变量就是成员变量、成员方法、构造方法；

（二）反射的代码实现

要想使用反射，就必须首先得到class文件对象，也即Class类的对象，

因为class文件对象只有一个，所以不管通过什么方式得到Class类的对象，都是同一个对象；

1. 获取class文件对象的方式

  1. Object.getClass();

     Person p1= new Person();
 Class<? extends Person> clazz1 = p1.getClass();
 
 Person p2= new Person();
 Class clazz2 = p2.getClass();
 //true
 //因为`class文件对象`只有一个，所以不管通过什么方式得到`Class类`的对象，都是同一个对象；
 System.out.println(clazz1 == clazz2);

  2. 数据类型的静态属性class；

     Class p3 = Person.class;
 System.out.println(clazz1 == clazz3);

  3. Class类中的静态方法public static Class forName(String className)；

      Class clazz4 = Class.forName("com.wvbx.java.Person");
  System.out.println(clazz1 == clazz4);

2. 通过反射获取构造方法并使用

（1）常用API 说明及举例

  1. clazz.getConstructors();获取所有public修饰的构造方法

     String name = Person.class.getName();
 try {
     Class<?> clazz = Class.forName(name);
     //获取所有public修饰的构造方法
     Constructor<?>[] constructors = clazz.getConstructors();
     for (Constructor<?> constructor : constructors) {
         Log.i(TAG, "onCreate: " + constructor);
     }
 } catch (ClassNotFoundException e) {
     e.printStackTrace();
 }

  2. clazz.getDeclaredConstructors();获取所有的构造方法，即使是private修饰的；

  3. clazz.getDeclaredConstructor(Class<?> paramsTypes)获取指定参数列表的构造方法；这里需要传入的是数据类型的静态属性，

     Constructor<?> declaredConstructor = clazz.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
 Log.i(TAG, "onCreate: " + declaredConstructor);

    输出结果：

      public com.wvbx.java.Person(int,java.lang.String)

注意：在所有的方法里面如果有Declared这个单词，就表示可以获取任意权限的构造方法，包括private修饰的构造方法；如果不包含Declared这个单词，就只能获取public修饰的构造方法，这一点在获取成员方法，成员变量时一样适用；

（2）通过调用上述方法，我们可以得到指定参数列表的构造方法对象，通过这个构造方法对象来创建对应参数列表的对象实例；

  1. 通过调用constructor.newInstance(...)方法来创建对象，这里的参数是对被创建对象的数据初始化；

     Object newInstance = declaredConstructor.newInstance(18, "张三");
 Log.i(TAG, "onCreate: "+newInstance);

输出结果

    com.wvbx.java.Person@f648ccf

可以看到，虽然我们用Object类来接受，但实际上就是我们创建的Person类；因此把对象强制转换成Person类也不会报错，而且初始化成功；

    declaredConstructor.setAccessible(true);
    Person newInstance = (Person) declaredConstructor.newInstance(18, "张三");    
    Log.i(TAG, "onCreate: "+newInstance.getAge()+"---"+newInstance.getName());

输出结果

    onCreate: 18---张三

declaredConstructor.setAccessible(true);在给指定的构造方法的参数赋值时，如果构造方法是private修饰的，就会赋值失败，必须加上这一句话才会成功。赋值为true时，指示反射的对象在使用时应该取消java语言访问检查；

这样我们就可以使用newInstance这个对象的所有成员变量和成员方法了；

注意：调用clazz.getDeclaredConstructor();时，这里需要传的参数有几个，在Object newInstance = con.newInstance("张三",18,"北京");就需要传入同样个数的参数，并且对应的数据类型不能出错，这样才能反射调用成功。因为通过反射创建对象时，是通过特定的构造方法创建对象，比如通过反射三个参数的构造方法来创建对象，如果con.newInstance()一个参数也没有，就相当于通过无参构造方法创建对象，自然报错。可以如此理解：Person p = new Person("张三",18,"北京")这样一步在反射中是通过多步来完成的；

3. 通过反射获取成员变量并使用

（1）常用API 说明及举例

  1. Field[] fields = clazz.getFields();获取所有public修饰的成员变量；

  2. Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();获取所有的成员变量，即使是private修饰的成员变量；

  3. Field fields = clazz.getDeclaredField("address");获取指定名字的成员变量的对象；

  4. fields.set(Object obj,Object value);给指定对象的该字段赋值，因此这里首先要有个对象，因为这里字段就是通过反射来获取的，因此这里的对象自然也要通过反射创建；

     String name = Person.class.getName();
 try {
     Class<?> clazz = Class.forName(name);
     Constructor<?> con = clazz.getDeclaredConstructor();
     con.setAccessible(true);
     //创建对象
     Object newInstance = con.newInstance();
     
     //获取指定字段信息
     Field fields = clazz.getDeclaredField("address");
     fields.setAccessible(true);
     //给指定对象的该字段赋值
     fields.set(newInstance, "上海");
     Log.i(TAG, "onCreate: " + newInstance);
 } catch (Exception e) {
     e.printStackTrace();
 }

    输出结果

     Person{address='上海', name='null', age=0}
注意：这里的参数类型必须和类中的规定的参数类型一样，否则会报错；

4. 通过反射获取成员方法并使用

（1）常用API 说明及举例
  1. Method[] methods = clazz.getMethods();获取自己以及父类的所有public修饰的方法对象，
  2. Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();获取自己所有的成员方法，包括private修饰的方法对象；
  3. Method method1 = clazz.getMethod(String name,Class<?>... paramsType); 通过方法名和方法参数列表的Class类型列表获取方法对象；
  4. public Object invoke(Object obj,Object...args)第一个参数表示对象是谁，第二个参数表示调用该方法的实际参数，返回值就是该方法的实际返回值（比如Person类中某个方法有返回值，这里的Object就是接受这个返回值的）；
（2）通过获取的方法对象调用该对象的方法
Class<?> clazz = Class.forName(name);
Constructor<?> con = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, String.class);
Object newInstance = con.newInstance("张三",18,"北京");
Log.i(TAG, "onCreate: " + newInstance);

Method method1 = clazz.getMethod("setName",String.class);
method1.setAccessible(true);
method1.invoke(newInstance, "李四");
Log.i(TAG, "onCreate: " + newInstance);

输出结果

Person{address='北京', name='张三', age=18}
Person{address='北京', name='李四', age=18}

可以看到我们通过反射创建对象并初始化时，name=张三，然后通过反射调用setName方法并重新赋值为李四，赋值成功，说明通过method.invoke（Object obj,Object args）可以调用obj的指定方法；

注意：clazz.getMethod("setName",String.class);的参数列表和method1.invoke(newInstance, "李四");的参数列表必须相同，而且一一对应，否则也会报错，理由和构造方法相同，尤其是在有方法重载时要特别注意这个问题。

三、反射的练习

  1. 给一个ArrayList<Integer>的一个集合，需要如何做才能往这个集合中添加字符串数据？

    • 分析：通过list.add()方法肯定不可以，因为编译无法通过。但是我们可以根据泛型的特点来解决，泛型只是在编译时起数据类型检查作用，生成class文件后泛型就不存在，因此如果我们可以在class文件之后向集合中添加数据，就可以绕过泛型检查，像集合中添加数据。而反射实在class文件运行时才执行的，因此满足条件，因此可以通过反射实现这个需求。

    • 代码实现

         ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
   //只能在运行的时候通过反射获取add方法，然后向里面添加元素
   try {
       Class<?> klass = list.getClass();
       Method add = klass.getDeclaredMethod("add", Object.class);
       add.setAccessible(true);
       add.invoke(list,"sdlfjld");
       add.invoke(list,"dfd");
       add.invoke(list,"kuk");
       add.invoke(list,"cbc");
       for (Object integer : list) {
           Log.i(TAG, "onCreate: " + integer);
       }
   } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
   }

    • 运行结果

        onCreate: sdlfjld
  onCreate: dfd
  onCreate: kuk
  onCreate: cbc

  2. 由于反射可以不用知道具体的对象，就可以创建对象，因此反射经常和泛型配合写框架；

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