Java 核心基础——反射

一、前言

在Java语言中，反射是一个非常核心的基础特性，在Java语言本身，以及以Java为基础的整个Java技术体系中，都承担着非常重要的角色。如工作当中通常会用到的Spring、Mybatis等框架中，都利用了反射这一重要特性。可以说，在Java的整个技术栈世界里，反射无处不在，理解Java反射这一重要特性，是能够自由翱翔于其中的基石。在各技术社区中，讲Java反射的文章多如牛毛，但笔者依然想简单说一下，因为它实在太重要了。

二、什么是反射

通俗地说，Java反射机制，是指在Java程序运行过程中，对任意一个类，都能够获取该类所有的属性和方法，并能够创建对象；对任意一个对象，都能够调用该对象中的属性和方法。即，能够动态地获取类的信息，动态地调用对象的方法和属性。

接下来，通过一个例子进行反射使用的对比演示，让大家对反射有个初步的直观感受。

假设我们有如下的一个类，有几个基础属性，有1个业务方法：

package com.xiaojiang.demo.reflect;
/**
 * @Description : 用户信息对象
 * @Version : 0.0.1
 * @Author : xiaojiang
 * @Date : Created in 2020-10-31 21:17
 */
public class User {
    /**
     * 主键ID
     */
    private Long id;
    /**
     * 用户姓名
     */
    private String name;
    /**
     * 用户年龄
     */
    private Integer age;
    /**
     * 模拟 业务方法
     * @param name
     * @return
     */
    public String doSomethingByName(String name){
        //TODO 相关业务逻辑
        return "我是模拟业务方法返回-->" + name;
    }
    // ... 此处省略 get/set 方法
}

那么，我们创建对象、调用对象中的属性与方法，通过new关键字方式、反射方式代码实现对比如下：

package com.xiaojiang.demo.reflect;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
/**
 * @Description : 主函数入口
 * @Version : 0.0.1
 * @Author : xiaojiang
 * @Date : Created in 2020-10-31 21:21
 */
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 1、通常方式
         */
        // 创建对象，调用方法
        User user = new User();
        user.doSomethingByName("小江1号");
        // 给对象属性赋值、取值
        user.setName("我是小江1号");
        user.getName();
        /**
         * 2、反射方式
         */
        try {
            // 创建对象，调用方法
            Class clazz = Class.forName("com.xiaojiang.demo.reflect.User");
            Object object = clazz.newInstance();
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("doSomethingByName", String.class);
            method.invoke(object, "小江2号");
            // 给对象属性赋值、取值
            Field field = clazz.getDeclaredField("name");
            field.setAccessible(true);
            field.set(object,"我是小江2号");
            field.get(object);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

通过以上的例子，相信你对反射会有一个相对直观的感受，但是，同时可能又会有很多的疑惑，如示例当中,反射方式用到的Class.forName() 到底是什么意思，method.invoke() 又是什么意思？ 下一节，笔者将对反射的基本原理与相关核心类进行简单说明。

三、反射的基本原理

一说到基本原理，有些同学可能就会觉得有些头痛，坦率地说，如果真要从源头说起的话，可能需要从JVM的类加载机制与对象的创建过程说起，但这两点稍微展开一说，都需要很长的篇幅，而这不是本文的重点。所以，此处大家只需要知道有这样一个过程就好了，JVM类加载、对象创建大概过程简化如下：（实际过程复杂的多，此处简化细节便于理解反射，以User对象为例）



Tips:

1、将User.java源码编译成User.class二进制字节码文件；

2、JVM将User.class二进制字节码文件加载到JVM内存中,并生成User对应的唯一的java.lang.Class对象; （任意实际对象，JVM类加载器加载时都会创建其对应的唯一的1个Class对象）

3、当我们通过 User user = new User(); 这种方式创建一个User对象时，JVM就会通过User对象对应的java.lang.Class对象来实例化一个User对象；（JVM通过new这个关键字，为我们“屏蔽”了类的加载检测、加载、初始化等过程，从而使我们实例化一个对象变得非常容易）

4、反射，则是JDK为我们提供了几个基础核心类，让我们可以通过API的方式直接去加载JVM内存中相关类的Class对象，从而可以获取类的构造函数、方法、属性等，并实例化对象。（如果JVM内存中已经存在了实例化的对象，通过反射的方式，则可以修改该对象的属性和方法内容等）



JDK中，关于反射相关操作的类、方法众多，笔者此处对其中核心的类、方法简单说明：

1、java.lang.Class

表示类的实体，在运行中的Java应用程序中表示类和接口。获取一个类的Class对象，通常有如下3种方式：

// 1、通过已存在的对象的getClass()方法获取
User user = new User();
Class clazz1 = user.getClass();
// 2、通过类的静态属性 class 获取
Class clazz2 = User.class;
// 3、通过java.lang.Class类的静态方法 Class.forName(“全限定名”)获取 （最常用，即上文笔者用的方式）
Class clazz3 = Class.forName("com.xiaojiang.demo.reflect.User");

当获取到 java.lang.Class 对象后，就可以通过相应API获取对象的构造函数、方法、属性、访问修饰符等信息，根据这些信息就可以实例化一个对象，并对其进行相关操作。

2、 java.lang.reflect.Constructor

表示类的构造函数（构造方法）。

例: Constructor constructor = clazz.getConstructor();

3、java.lang.reflect.Method

表示类的方法。

例: Method method = clazz.getDeclaredMethod("doSomethingByName",String.class);

4、java.lang.reflect.Field

表示类的属性。

例：Field field = clazz.getDeclaredField("name");

5、java.lang.reflect.Modifier

用于判断类、方法、属性的访问修饰符，如private 、public 。

例： Modifier.isPublic(method.getModifiers());



说到此处，相信你对上文中笔者通过反射方式创建对象、调用对象的方法、属性有了进一步的理解，此处笔者简单说明如下：

当然，JDK操作反射相关的类、方法远不止这几个，反射的真正使用也比笔者的示例要复杂地多，毕竟真正的类的结构情况、方法的参数情况、属性的访问作用域情况等，都是需要我们考虑的。不过，也不必太过于纠结这些操作反射的类与方法，因为只要理解了笔者以上的这个示例，基本上其它的相关操作方法，也就是API的相关使用了，其主要流程是没有本质区别的。

因此，笔者此处不再对反射操作相关API进行一一列举，不过，需要特别指出的是，需要特别注意method.invoke(Object obj, Object... args);这个方法，因为通常反射的目的是为了调用对象实例的某个方法；而在各种通用框架源码中（如Spring、Mybatis），也经常会看到类似写法的代码，其本质上很多都是利用了Java的反射机制，从而实现特定的目标。所以，理解反射调用方法的思想，有利于我们读懂源码，有利于我们理解各框架的设计思想。

四、反射的应用场景

说到此处，你可能会有一些疑惑，就是这个反射到底有啥用？ 甚至可能有一种感觉，就是自己日常工作当中，很少用到这东西，真的是这样吗？

诚然，如果说日常工作中，只是在现有项目框架之上，针对具体业务需求写CRUD相关代码的话，确实几乎不会需要我们写反射相关代码，这是因为框架层面帮我们封装了许多操作，让我们可以更便利地实现业务需求。

不过，细想一下，Mybatis是如何实现配置文件与实体的映射的？Spring的IOC又是如何实现的？其实，这些技术的背后，几乎都利用了Java的反射机制。

以下列出几项利用了Java反射机制的应用场景：

1. 动态代理实现;

2. 自定义注解；

3. 序列化与反序列化；

4. JDBC实现；

5. Spring的IOC、AOP;

...

很多很多，可以说，在我们日常工作中用到的Java技术，其背后几乎都有反射的存在。

五、小结

1、Java反射特性的存在，是Java语言被认为是半动态语言的重要原因之一。因为反射机制的存在，我们可以灵活地实现很多功能。

2、JDK提供了一个功能丰富的反射库工具集（java.lang.reflect包下），通过该工具集，我们可以方便地操作反射相关的功能。

3、反射的真正运用，远比本文示例中的复杂，如Modifier类，本文仅从基础的角度帮助理解大概流程。

4、如果需要深入理解反射机制，需要知道JVM类加载机制以及Java类的创建过程，有兴趣的可以去了解相关知识。

5、日常工作中，如果不是写底层框架相关代码的话，直接写反射代码的情况不会很多，但是几乎所有的Java技术栈相关的框架都有用到反射，所以，理解反射的基本原理，有利于我们理解整个Java技术栈相关技术的运行原理，可以说是刚需。

6、需要注意Java中对象和实例的区别，如：User 是一个用户对象，但不是实例，因为其只是一个抽象的概念，不表示某一个具体存在的实体，User实例化的 xiaojiang 这个用户才是一个具体的实体。