Java 反射详解：动态创建实例、调用方法和访问字段

“一般情况下，我们在使用某个类之前已经确定它到底是个什么类了，拿到手就直接可以使用 new 关键字来调用构造方法进行初始化，之后使用这个类的对象来进行操作。”

Writer writer = new Writer();
writer.setName("少年");

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像上面这个例子，就可以理解为“正射”。而反射就意味着一开始我们不知道要初始化的类到底是什么，也就没法直接使用 new 关键字创建对象了。

我们只知道这个类的一些基本信息，就好像我们看电影的时候，为了抓住一个犯罪嫌疑人，警察就会问一些目击证人，根据这些证人提供的信息，找专家把犯罪嫌疑人的样貌给画出来——这个过程，就可以称之为反射。

Class clazz = Class.forName("com.itwanger.s39.Writer");
Method method = clazz.getMethod("setName", String.class);
Constructor constructor = clazz.getConstructor();
Object object = constructor.newInstance();
method.invoke(object,"少年");

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像上面这个例子，就可以理解为“反射”。“反射的缺点主要有两个。”

• 破坏封装：由于反射允许访问私有字段和私有方法，所以可能会破坏封装而导致安全问题。
• 性能开销：由于反射涉及到动态解析，因此无法执行 Java 虚拟机优化，再加上反射的写法的确要复杂得多，所以性能要比“正射”差很多，在一些性能敏感的程序中应该避免使用反射。

反射的主要应用场景有：

• 开发通用框架：像 Spring，为了保持通用性，通过配置文件来加载不同的对象，调用不同的方法。
• 动态代理：在面向切面编程中，需要拦截特定的方法，就会选择动态代理的方式，而动态代理的底层技术就是反射。
• 注解：注解本身只是起到一个标记符的作用，它需要利用发射机制，根据标记符去执行特定的行为。

举例：

public class Writer {
    private int age;
    private String name;

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

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测试类：

public class ReflectionDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        Writer writer = new Writer();
        writer.setName("少年");
        System.out.println(writer.getName());

        Class clazz = Class.forName("com.itwanger.s39.Writer");
        Constructor constructor = clazz.getConstructor();
        Object object = constructor.newInstance();

        Method setNameMethod = clazz.getMethod("setName", String.class);
        setNameMethod.invoke(object, "少年");
        Method getNameMethod = clazz.getMethod("getName");
        System.out.println(getNameMethod.invoke(object));
    }
}

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结果:

少年
少年
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只不过，反射的过程略显曲折了一些。

第一步，获取反射类的 Class 对象：

 Class clazz = Class.forName("com.itwanger.s39.Writer");
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在 Java 中，Class 对象是一种特殊的对象，它代表了程序中的类和接口。

Java 中的每个类型（包括类、接口、数组以及基础类型）在 JVM 中都有一个唯一的 Class 对象与之对应。这个 Class 对象被创建的时机是在 JVM 加载类时，由 JVM 自动完成。

Class 对象中包含了与类相关的很多信息，如类的名称、类的父类、类实现的接口、类的构造方法、类的方法、类的字段等等。这些信息通常被称为元数据（metadata）。

除了前面提到的，通过类的全名获取 Class 对象，还有以下两种方式：

• 如果你有一个类的实例，你可以通过调用该实例的getClass()方法获取 Class 对象。例如：String str = “Hello World”; Class cls = str.getClass();
• 如果你有一个类的字面量（即类本身），你可以直接获取 Class 对象。例如：Class cls = String.class;
  第二步，通过 Class 对象获取构造方法 Constructor 对象：

Constructor constructor = clazz.getConstructor();
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第三步，通过 Constructor 对象初始化反射类对象：

Object object = constructor.newInstance();
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第四步，获取要调用的方法的 Method 对象：

Method setNameMethod = clazz.getMethod("setName", String.class);
Method getNameMethod = clazz.getMethod("getName");
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第五步，通过 invoke() 方法执行：

setNameMethod.invoke(object, "少年");
getNameMethod.invoke(object)
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要想使用反射，首先需要获得反射类的 Class 对象，每一个类，不管它最终生成了多少个对象，这些对象只会对应一个 Class 对象，这个 Class 对象是由 Java 虚拟机生成的，由它来获悉整个类的结构信息。

也就是说，java.lang.Class 是所有反射 API 的入口。

而方法的反射调用，最终是由 Method 对象的 invoke() 方法完成的，来看一下源码（JDK 8 环境下）。

public Object invoke(Object obj, Object... args)
        throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,
        InvocationTargetException {
    // 如果方法不允许被覆盖，进行权限检查
    if (!override) {
        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
            // 检查调用者是否具有访问权限
            checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);
        }
    }
    // 获取方法访问器（从 volatile 变量中读取）
    MethodAccessor ma = methodAccessor;
    if (ma == null) {
        // 如果访问器为空，尝试获取方法访问器
        ma = acquireMethodAccessor();
    }
    // 使用方法访问器调用方法，并返回结果
    return ma.invoke(obj, args);
}

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两个嵌套的 if 语句是用来进行权限检查的。

invoke() 方法实际上是委派给 MethodAccessor 接口来完成的。

MethodAccessor 接口有三个实现类，其中的 MethodAccessorImpl 是一个抽象类，另外两个具体的实现类继承了这个抽象类。

• NativeMethodAccessorImpl：通过本地方法来实现反射调用；
• DelegatingMethodAccessorImpl：通过委派模式来实现反射调用；
  通过 debug 的方式进入 invoke() 方法后，可以看到第一次反射调用会生成一个委派实现 DelegatingMethodAccessorImpl，它在生成的时候会传递一个本地实现 NativeMethodAccessorImpl。
  

也就是说，invoke() 方法在执行的时候，会先调用 DelegatingMethodAccessorImpl，然后调用 NativeMethodAccessorImpl，最后再调用实际的方法。

也就是说，invoke() 方法在执行的时候，会先调用 DelegatingMethodAccessorImpl，然后调用 NativeMethodAccessorImpl，最后再调用实际的方法。

“之所以采用委派实现，是为了能够在本地实现和动态实现之间切换。动态实现是另外一种反射调用机制，它是通过生成字节码的形式来实现的。如果反射调用的次数比较多，动态实现的效率就会更高，因为本地实现需要经过 Java 到 C/C++ 再到 Java 之间的切换过程，而动态实现不需要；但如果反射调用的次数比较少，反而本地实现更快一些。
那临界点是多少呢？“默认是 15 次。“可以通过 -Dsun.reflect.inflationThreshold 参数类调整。”

来看下面这个例子。

Method setAgeMethod = clazz.getMethod("setAge", int.class);
for (int i = 0;i < 20; i++) {
    setAgeMethod.invoke(object, 18);
}

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在 invoke() 方法处加断点进入 debug 模式，当 i = 15 的时候，也就是第 16 次执行的时候，会进入到 if 条件分支中，改变 DelegatingMethodAccessorImpl 的委派模式 delegate 为 (MethodAccessorImpl)(new MethodAccessorGenerator()).generateMethod()，而之前的委派模式 delegate 为 NativeMethodAccessorImpl。

“接下来，我们再来熟悉一下反射当中常用的 API。”

1）获取反射类的 Class 对象
Class.forName()，参数为反射类的完全限定名

Class c1 = Class.forName("com.itwanger.s39.ReflectionDemo3");
System.out.println(c1.getCanonicalName());

Class c2 = Class.forName("[D");
System.out.println(c2.getCanonicalName());

Class c3 = Class.forName("[[Ljava.lang.String;");
System.out.println(c3.getCanonicalName());

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输出结果:

com.itwanger.s39.ReflectionDemo3
double[]
java.lang.String[][]

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类名 + .class，只适合在编译前就知道操作的 Class。

Class c1 = ReflectionDemo3.class;
System.out.println(c1.getCanonicalName());

Class c2 = String.class;
System.out.println(c2.getCanonicalName());

Class c3 = int[][][].class;
System.out.println(c3.getCanonicalName());

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来看一下输出结果：

com.itwanger.s39.ReflectionDemo3
java.lang.String
int[][][]

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2）创建反射类的对象

• 用 Class 对象的 newInstance() 方法。
• 用 Constructor 对象的 newInstance() 方法

Class c1 = Writer.class;
Writer writer = (Writer) c1.newInstance();

Class c2 = Class.forName("com.itwanger.s39.Writer");
Constructor constructor = c2.getConstructor();
Object object = constructor.newInstance();
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3）获取构造方法

Class 对象提供了以下方法来获取构造方法 Constructor 对象：

• getConstructor()：返回反射类的特定 public 构造方法，可以传递参数，参数为构造方法参数对应 Class 对象；缺省的时候返回默认构造方法。
• getDeclaredConstructor()：返回反射类的特定构造方法，不限定于 public 的。
• getConstructors()：返回类的所有 public 构造方法。
• getDeclaredConstructors()：返回类的所有构造方法，不限定于 public 的。

Class c2 = Class.forName("com.itwanger.s39.Writer");
Constructor constructor = c2.getConstructor();

Constructor[] constructors1 = String.class.getDeclaredConstructors();
for (Constructor c : constructors1) {
    System.out.println(c);
}

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4）获取字段

大体上和获取构造方法类似，把关键字 Constructor 换成 Field 即可。

Method setNameMethod = clazz.getMethod("setName", String.class);
Method getNameMethod = clazz.getMethod("getName");
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5）获取方法

大体上和获取构造方法类似，把关键字 Constructor 换成 Method 即可。

Method[] methods1 = System.class.getDeclaredMethods();
Method[] methods2 = System.class.getMethods();
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注意，如果想反射访问私有字段和（构造）方法的话，需要使用 Constructor/Field/Method.setAccessible(true) 来绕开 Java 语言的访问限制。

参考：https://www.cnblogs.com/chanshuyi/p/head_first_of_reflection.html