Java 中的反射是什么

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发布于: 2020 年 10 月 16 日
反射是一个程序语言用来自检和修改自身结构和行为的过程。
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这么说可能有些晦涩，反射可以理解为在程序运行过程中，获取程序的结构信息，从而根据不同的情况来调整程序的行为。
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在使用汇编语言编程的时代，汇编语言可以直接获取任何信息，可以认为汇编语言天然就支持反射。但是到后来的一些高级语言，比如 Fortran 和 C 语言等等，由于不支持反射，也就无法获取信息。
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再到后续的 Java，C# 等语言中都自带了反射框架，这些语言就可以通过反射来实现通用的框架，比如在 Java 的 Spring 中就大量使用了反射。
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这篇文章重点介绍 Java 中的反射。
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💡本文基于 OpenJDK11
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1. 反射能干什么﻿
在 Java 中，反射可以获取类的定义、属性和方法，并且可以调用这些方法，或者构造对象，甚至可以在运行时修改类的定义。
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先来看一个简单的例子，通过这个例子可以知道反射能做什么，例子中的代码下面会详细讲解：
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// 利用反射来执行方法
public Object methodInvoke(Object o, Method method, Object[] params) {
    try {
        return method.invoke(o, params);
    } catch (IllegalAccessException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (InvocationTargetException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return null;
}
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使用反射来生成 ArrayList 对象并调用方法：
// 获取 ArrayList 的 Class 对象和构造函数，并生成对象
Class clazz = ArrayList.class;
Constructor<ArrayList> constructor = clazz.getConstructor();
ArrayList instance = constructor.newInstance();
// 获取 add 方法，并调用 add 方法添加元素
Method add = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
Object[] params = {"reflection"};
methodInvoke(instance, add, params);
// 获取 get 方法，并调用 get 方法获取刚刚添加的元素
Method get = clazz.getDeclaredMethod("get", int.class);
Object[] params1 = {0};
System.out.println(methodInvoke(instance, get, params1));
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如果不使用反射，这个代码很简单：
ArrayList list = new ArrayList();
list.add("reflection");
System.out.println(list.get(0));
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反射这么麻烦，为什么还要使用它？
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观察一下上面利用反射来执行方法的代码可以发现，执行任何类的方法，那段代码都不需要修改，而且更重要的是，具体执行的方法还可以在程序运行的过程中改变。
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反射用起来虽然麻烦，但是反射的动态性提高了 Java 的灵活性，很多框架都依赖反射。
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2. 相关概念﻿
在 Java 中，有很多的类，每个类都有自己的属性，方法，构造函数等等信息，这些信息都需要通过一种方式表示，在 Java 中就是通过 Class 对象来表示。
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这里不要把 Class 与 Object 混在一起，Object 是所有类的父类，而 Class 类则不一样，在每个类中，都有一个 Class 对象来保存类的信息。即使对于 Java 中的原生数据类型，也有自己的 class 对象。
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Class clazz = int.class;
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每个 Class 对象中都有主要有三个主要部分：Field、Method 和 Constructor。这些和反射相关的类都在 java.lang.reflect 包下。
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Method 和 Constructor 在上面的代码中都看到了，分别表示类的方法和构造函数。Field 则表示类的属性。
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除了上面这些信息外，还有其他的信息，比如判断属性或者方法是否能访问，获取类、方法、属性的注解等等：
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Method add = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
add.isAccessible(); // 判断是否能访问
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即使对于私有方法或者属性，也可以通过下面的方式来访问：
Method add = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
add.setAccessible(true); // 通过这个设置，即使私有方法也能访问
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在 Java 中，注解用的很多，实际上，注解本身并没有包含额外的内容，只是起到标记的作用，所有的注解都可以通过反射来获取，然后再进行相应的逻辑处理。
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Method add = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
add.getDeclaredAnnotations(); // 获取该方法所有的注解
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还可以获取方法的参数，返回值的类型等等信息。
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所以总的来说，反射是一个框架，可以帮助获取程序内部的信息，至于获取这些信息来做什么，就看开发人员的发挥。
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反射虽然很强大，但是性能上相比于普通方式性能上难免会有一些损失，需要注意，在程序执行的过程中，需要尽量少用反射。而且反射连私有方法都可以访问，如果滥用就可能造成程序的不安全。
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3. 反射的基本用法﻿
使用行业的第一步，就是获取目标类型的 Class 对象，如果获取不到，那就说明目标类型无法完成类加载，也就不能进行后续的反射操作。
获取 Class 对象的方法﻿
有 4 种方法可以获取 Class 对象。
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通过类的 class 属性:
Class clazz1 = String.class;
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通过 Class.forName() 方法：
Class clazz2 = Class.forName("java.lang.String");
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通过对象的 getClass() 方法：
Class clazz3 = "string".getClass();
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对于基本类型的包装类，还有一种方法可以获取 Class 对象：
Class clazz4 = Integer.TYPE;
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创建对象﻿
在获取到 Class 对象之后就可以创建对象了，创建对象有两种方式。
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通过 Class 对象直接生成：
Class clazz = String.class;
String str = (String) clazz.newInstance();
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通过构造函数生成：
Constructor<String> constructor = clazz.getConstructor();
String str1 = constructor.newInstance();
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如果构造函数有参数：
Constructor<String> constructor2 = clazz.getConstructor(String.class);
String str2 = constructor2.newInstance("String");
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调用方法在生成了对象之后，自然就可以调用方法，调用的方式和上面的代码一样。
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首先获取 Method，如果方法没有参数，直接获取执行就可以：
Method lengthMethod = clazz.getMethod("length");
lengthMethod.invoke(str2);
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如果有参数，在获取方法的时候就需要声明方法的类型和个数，而且参数的顺序不能乱：
Method substringMethod = clazz.getMethod("substring", int.class, int.class);
substringMethod.invoke(str2, 1,2);
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其他工具方法﻿
上面是反射的一些基本用法，当然反射也提供了其他的一些工具方法。
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获取所有已经声明的属性、方法和构造函数，包括 private 的也会被获取出来：
Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
Constructor[] constructors = clazz.getDeclaredConstructors();
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判断是否是内部类：
clazz.isMemberClass();
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还有其他判断是否接口、注解，获取类的泛型信息等等方法。
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文 / Rayjun
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REF[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Reflection_(computer_programming)
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