Java高级: 反射

接下来我们学习的反射、动态代理、注解等知识点，在以后开发中极少用到，这些技术都是以后学习框架、或者做框架的底层源码。讲这些技术的目的，是为了以后我们理解框架、或者自己开发框架给别人用作铺垫的。同时由于这些技术非常抽象，所以我们都会采用先带着大家充分的认识它们，然后再了解其作用和应用场景。

反射

反射概述

其实API文档中对反射有详细的说明，我们去了解一下。在java.lang.reflect包中对反射的解释如下图所示

翻译成人话就是：反射技术，指的是加载类的字节码到内存，并以编程的方法解刨出类中的各个成分（成员变量、方法、构造器等）。

反射有啥用呢？其实反射是用来写框架用的，但是现阶段同学们对框架还没有太多感觉。为了方便理解，我给同学们看一个我们见过的例子：平时我们用IDEA开发程序时，用对象调用方法，IDEA会有代码提示，idea会将这个对象能调用的方法都给你列举出来，供你选择，如果下图所示。问题是IDEA怎么知道这个对象有这些方法可以调用呢? 原因是对象能调用的方法全都来自于类，IDEA通过反射技术就可以获取到类中有哪些方法，并且把方法的名称以提示框的形式显示出来，所以你能看到这些提示了。

因为反射获取的是类的信息，那么反射的第一步首先获取到类才行。由于Java的设计原则是万物皆对象，获取到的类其实也是以对象的形式体现的，叫字节码对象，用Class类来表示。获取到字节码对象之后，再通过字节码对象就可以获取到类的组成成分了，这些组成成分其实也是对象，其中每一个成员变量用Field类的对象来表示、每一个成员方法用Method类的对象来表示，每一个构造器用Constructor类的对象来表示。

反射获取类的字节码

反射的第一步：是将字节码加载到内存，我们需要获取到的字节码对象。

比如有一个Student类，获取Student类的字节码代码有三种写法。不管用哪一种方式，获取到的字节码对象其实是同一个。

public class Test1Class{
    public static void main(String[] args){
        Class c1 = Student.class;
        System.out.println(c1.getName()); //获取全类名 com.tx.www.Student
        System.out.println(c1.getSimpleName()); //获取简单类名 Student
        
        Class c2 = Class.forName("com.tx.www.Student");
        System.out.println(c1 == c2); //true
        
        Student s = new Student();
        Class c3 = s.getClass();
        System.out.println(c2 == c3); //true
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

反射获取类的构造器

获取构造器，需要用到Class类提供的几个方法，如下图所示：

速记：

get:获取
Declared: 有这个单词表示可以获取任意一个，没有这个单词表示只能获取一个public修饰的
Constructor: 构造方法的意思
后缀s: 表示可以获取多个，没有后缀s只能获取一个
1
2
3
4

假设现在有一个Cat类，里面有几个构造方法，代码如下

public class Cat{
    private String name;
    private int age;
    
    public Cat(){
        
    }
    
    private Cat(String name, int age){
        
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

接下来，我们写一个测试方法，来测试获取类中所有的构造器

public class Test2Constructor{
    @Test
    public void testGetConstructors(){
        //1、反射第一步：必须先得到这个类的Class对象
        Class c = Cat.class;
        
        //2、获取类的全部构造器
        Constructor[] constructors = c.getDeclaredConstructors();
        //3、遍历数组中的每一个构造器对象。
        for(Constructor constructor: constructors){
            System.out.println(constructor.getName()+"---> 参数个数："+constructor.getParameterCount());
        }
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

运行测试方法打印结果如下

接下来，我们演示获取单个构造器试一试

public class Test2Constructor {
    @Test
    public void testGetConstructor() throws NoSuchMethodException {
        //1、反射第一步：必须先得到这个类的Class对象
        Class c = Cat.class;

        //2、获取类public修饰的空参数构造器
        Constructor constructor1 = c.getConstructor();
        System.out.println(constructor1.getName()+"---> 参数个数："+constructor1.getParameterCount());

        //3、获取private修饰的有两个参数的构造器，第一个参数String类型，第二个参数int类型
        Constructor constructor2 = c.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);

        System.out.println(constructor2.getName()+"---> 参数个数："+constructor2.getParameterCount());

    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

结果如下:

反射获取构造器的作用

获取到构造器后，有什么作用呢？
构造器的作用：初始化对象并返回。
这里我们需要用到如下的两个方法，注意：这两个方法时属于Constructor的，需要用Constructor对象来调用。

如下图所示，constructor1和constructor2分别表示Cat类中的两个构造器。现在我要把这两个构造器执行起来

由于构造器是private修饰的，先需要调用setAccessible(true) 表示禁止检查访问控制，然后再调用newInstance(实参列表) 就可以执行构造器，完成对象的初始化了。
代码如下：为了看到构造器真的执行， 故意在两个构造器中分别加了两个打印语句

反射获取成员变量&使用

再学习获取类的成员变量，并使用。其实套路是一样的，在Class类中提供了获取成员变量的方法，如下图所示。

速记:

get:获取
Declared: 有这个单词表示可以获取任意一个，没有这个单词表示只能获取一个public修饰的
Field: 成员变量的意思
后缀s: 表示可以获取多个，没有后缀s只能获取一个
1
2
3
4

假设有一个Cat类它有若干个成员变量，用Class类提供 的方法将成员变量的对象获取出来。

行完上面的代码之后，我们可以看到控制台上打印输出了，每一个成员变量的名称和它的类型。

获取到成员变量的对象之后该如何使用呢？在Filed类中提供给给成员变量赋值和获取值的方法，如下图所示。

强调一下设置值、获取值的方法时Filed类的需要用Filed类的对象来调用，而且不管是设置值、还是获取值，都需要依赖于该变量所属的对象。代码如下

执行代码:

反射获取成员方法

还剩下最后一个就是反射获取成员方法并使用了。在Java中反射包中，每一个成员方法用Method对象来表示，通过Class类提供的方法可以获取类中的成员方法对象。如下下图所示

用代码演示一下：假设有一个Cat类，在Cat类中红有若干个成员方法

public class Cat{
    private String name;
    private int age;
    
    public Cat(){
        System.out.println("空参数构造方法执行了");
    }
    
    private Cat(String name, int age){
        System.out.println("有参数构造方法执行了");
        this.name=name;
        this.age=age;
    }
    
    private void run(){
        System.out.println("(>^ω^<)喵跑得贼快~~");
    }
    
    public void eat(){
        System.out.println("(>^ω^<)喵爱吃猫粮~");
    }
    
    private String eat(String name){
        return "(>^ω^<)喵爱吃:"+name;
    }
    
    public void setName(String name){
        this.name=name;
    }
    public String getName(){
        return name;
    }
    public void setAge(int age){
        this.age=age;
    }
     public int getAge(){
        return age;
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

接下来，通过反射获取Cat类中所有的成员方法，每一个成员方法都是一个Method对象

public class Test3Method{
    public static void main(String[] args){
        //1、反射第一步：先获取到Class对象
        Class c = Cat.class;
        
        //2、获取类中的全部成员方法
        Method[] methods = c.getDeclaredMethods();
        
        //3、遍历这个数组中的每一个方法对象
        for(Method method : methods){
            System.out.println(method.getName()+"-->"+method.getParameterCount()+"-->"+method.getReturnType());
        }
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

执行上面的代码，运行结果如下图所示：打印输出每一个成员方法的名称、参数格式、返回值类型

也能获取单个指定的成员方法，如下图所示

反射获取成员方法的作用

获取到成员方法之后，有什么作用呢？在Method类中提供了方法，可以将方法自己执行起来。

下面我们演示一下，把run()方法和eat(String name)方法执行起来。看分割线之下的代码：

public class Test3Method{
    public static void main(String[] args) throws Exception{
	   	//1、反射第一步：先获取到Class对象
	    Class c = Cat.class;
	
	    //2、获取类中的全部成员方法
	    Method[] methods = c.getDeclaredMethods();
	
	    //3、遍历这个数组中的每一个方法对象
	    for(Method method : methods){
	        System.out.println(method.getName()+"-->"+method.getParameterCount()+"-->"+method.getReturnType());
	    }
	
	    System.out.println("-----------------------");
	    //4、获取private修饰的run方法，得到Method对象
	    Method run = c.getDeclaredMethod("run");
	    //执行run方法,在执行前需要取消权限检查
	    Cat cat = new Cat();
	    run.setAccessible(true);
	    Object rs1 = run.invoke(cat);
	    System.out.println(rs1);// null
	
	    //5、获取private 修饰的eat(String name)方法，得到Method对象
	    Method eat = c.getDeclaredMethod("eat",String.class);
	    eat.setAccessible(true);
	    Object rs2 = eat.invoke(cat,"鱼儿");
	    System.out.println(rs2);//(>^ω^<)喵爱吃:鱼儿
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

打印结果如下图所示：run()方法执行后打印猫跑得贼快~~，返回null； eat()方法执行完，返回猫最爱吃:鱼儿

-----------------------
空参数构造方法执行了
(>^ω^<)喵跑得贼快~~
null
(>^ω^<)喵爱吃:鱼儿
1
2
3
4
5

反射的应用案例

我们已经充分认识了什么是反射，以及反射的核心作用是用来获取类的各个组成部分并执行他们。但是由于经验有限，对于反射的具体应用场景还是很难感受到的（这个目前没有太好的办法，只能慢慢积累，等经验积累到一定程度，就会豁然开朗了）。
我们一直说反射使用来写框架的，接下来，我们就写一个简易的框架，简单窥探一下反射的应用。反射其实是非常强大的，这个案例也仅仅是小试牛刀。
需求是让我们写一个框架，能够将任意一个对象的属性名和属性值写到文件中去。不管这个对象有多少个属性，也不管这个对象的属性名是否相同。

分析一下该怎么做

1.先写好两个类，一个Student类和Teacher类
2.写一个ObjectFrame类代表框本架
	在ObjectFrame类中定义一个saveObject(Object obj)方法，用于将任意对象存到文件中去
	参数：Object obj: 就表示要存入文件中的对象
3.编写方法内部的代码，往文件中存储对象的属性名和属性值
	(1)每收到一个对象后，使用反射获取该对象的Class对象，然后获取全部的成员变量。
	(2)遍历成员变量，然后提取成员变量在该对象中的具体值。
	(3)把成员变量名、和其值，写出到文件中去即可。
1
2
3
4
5
6
7
8

写一个ObjectFrame表示自己设计的框架，代码如下所示

public class ObjectFrame{
    public static void saveObject(Object obj) throws Exception{
        PrintStream ps =
                new PrintStream(new FileOutputStream("src\\data.txt",true));//字节打印流
        //1)每收到一个对象后，使用反射获取该对象的Class对象，然后获取全部的成员变量。
        //2)遍历成员变量，然后提取成员变量在该对象中的具体值。
        Class c = obj.getClass(); //获取字节码
        ps.println("---------"+c.getSimpleName()+"---------");

        Field[] fields = c.getDeclaredFields(); //获取所有成员变量
        //3)把变量名和变量值写到文件中去
        for(Field field : fields){
            String name = field.getName();
            field.setAccessible(true);//禁止访问检查
            String value = field.get(obj)+"";
            ps.println(name +  "=" + value);
        }
        ps.close();
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

使用自己设计的框架，往文件中写入Student对象的信息和Teacher对象的信息。
先准备好Student类和Teacher类

public class Student{
    private String name;
    private int age;
    private char sex;
    private double height;
    private String hobby;
}
1
2
3
4
5
6
7

public class Teacher{
    private String name;
    private double salary;
}
1
2
3
4

创建一个测试类，在测试中类创建一个Student对象，创建一个Teacher对象，用ObjectFrame的方法把这两个对象所有的属性名和属性值写到文件中去。

public class Test5Frame{
    @Test
    public void save() throws Exception{
        Student s1 = new Student("吴彦祖",45, '男', 185.3, "篮球，冰球，阅读");
        Teacher s2 = new Teacher("播妞",999.9);

        ObjectFrame.saveObject(s1);
        ObjectFrame.saveObject(s2);
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10