类加载与反射

简介

当我们使用eclipse等IDE工具的时候，代码可以自动补全，这其中的原理是什么呢？ 有没有什么方式在不改变Test类的情况下访问如下的私有变量呢？

public class Test { private int age; private String name; }

下面将通过反射知识的学习进行以上问题的解决。 JAVA反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射机制。 有所了解的可直接看文末代码。

类加载、连接和初始化

类的加载

Java作为一门面向对象的语言，一切都是对象（除了八个基本数据类型），因此类也是一种对象。系统中所有的类都是java.lang.Class的实例。 当程序主动使用某个类时，如果类尚未被加载到内存中，系统会对该类进行加载、连接、初始化操作。 类的加载由类加载器完成，类加载器通常由JVM提供。 通过使用不同的可加载器，可以从不同来源加载类的二进制数据，通常由如下几种： - 从本地文件系统加载class文件，最常见的一种方式； - 从JAR包加载class文件，比较常见； - 通过网络加载class文件； - 把一个Java源文件动态编译，并执行加载。

类的连接

当类别加载之后，系统位置生成一个对应的Class对象，接着会进入连接阶段：把类的二进制数据合并到JRE中。分为三个阶段： - 验证：检验被加载的类是否有正确的内部结果； - 准备：负责为类的类变量分配内存，并设置默认初始值； - 解析：将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用。

类的初始化

类的初始化阶段，虚拟机负责对类进行初始化，主要是对类变量进行初始化。类变量制定初始化值有两种方式：①声明类变量是指定初始值；②使用静态初始化块为类变量制定初始化值。 JVM初始化类包含以下几个步骤： - 假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类； - 假如该类的直接父类尚未被初始化，则先初始化其直接父类； - 假如类中有初始化语句，则系统一次执行这些初始化语句。 类初始化时机 当Java程序首次通过以下六种方式使用某个类或接口时，系统会初始化该类或接口： - 创建类的实例。包括：使用new操作符创建实例；通过反射创建实例；通过反序列化创建实例（？）。 - 调用某个类的类方法。 - 访问某个类或接口的类变量，或为该类变量赋值。 - 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象。 - 初始化某个类的子类， - 直接使用java.exe命令运行某个主类。

类加载器

类加载器负责将.class文件加载到内存中，并为之生成java.lang.Class对象。 当JVM启动时，会形成由三个类加载器组成的初始类加载器层次结构。 - Bootstrap ClassLoader：根类加载器。负责加载Java核心类。 - Extension ClassLoader：扩展类加载器。负责加载JRE扩展目录（C:\Program Files\Java\jre1.8.0_131\lib\ext）中JAR包的类。 - System ClassLoader：系统类加载器。负责在JVM启动时加载来自java命令的-classpath选项、java.class.path系统属性，或CLASSPATH环境变量所指定的JAR包和类路径。

通过反射查看类信息

Java程序中许多对象在运行时会出现两种类型：编译时类型和运行时类型。如

Person person = new Student();

以上代码将会生成变量person，该变量的编译时类型为Person，运行时类型为Student。程序在运行时发现对象和类的真实信息，有如下两种方式：

在编译时和运行时完全知道类型的具体信息。可以先使用instanceof运算符进行判断，再利用强制类型转换将其转换成其运行时类型的变量。如下列： Object obj = "arvin"; if (obj instanceof String) { String str = (String) obj; } 编译时无法预知该对象和类可能属于哪些类，程序只能依靠运行时信息发现类的真实信息，则需要使用反射。

获取Class对象

类在加载后。系统回味该类生成一个对象的Class对象，通过该对象可以访问JVM中的这个类。在Java程序中有如下三种方式获取Class对象： - 使用Class类的forName(String clazzName)静态方法。传入的clazzName参数值必须使某个类的全限定类名（包括完整包名）。 - 调用某个类的class属性来获取该类对应的Class对象。如：Person.class将会返回Person类对象的Class对象。 - 调用某个对象的getClass()方法。 对于第一种方式和第二种方式都是直接根据类返回所对应的Class对象，第二种方式有如下两个优势： - 代码更安全。代码在编译阶段就可以检查需要刚问的Class对象是否存在。 - 程序性能更好。因为无需调用方法。 因而大部分时候使用第二种方式获取指定类的Class对象。但如果程序只能获得一个字符串，则只能使用第一种方式。 一旦获得某个类所对应的Class对象之后，程序就可以调用Class对象的方法来获得该对象的信息。

从Class中获取信息

Class类提供了大量的实例方法来获取该Class对象所对应类的详细信息。详细信息可查阅API文档，下面仅列出常用方法。

构造器

Constructor< T> getConstructor(Class< ?>…parameterTypes):返回此Class对象对应类的、带指定形参列表的public构造器。Constructor< ?>[] getConstructors():返回此Class对象对应类的所有public构造器。Constructor< T> getDeclaredConstructor(Class< ?>…parameterTypes):返回此Class对象对应类的、带指定形参列表的构造器，与访问权限无关。Constructor< ?>[] getDeclaredConstructors():返回此Class对象对应类的所有构造器，与访问权限无关。

方法

Method getMethod(String name, Class<>…parameterTypes):返回此Class对象对应的、带指定形参列表的public方法。Method[] getMethods():返回此Class对象所表示的类的所有public方法。Method getDeclaredMethod(String name, Class<>…parameterTypes):返回此Class对象对应的、带指定形参列表的所有方法。Method[] getDeclaredMethods():返回此Class对象所表示的类的所有方法。

成员变量

Field getField(String name):返回此Class对象对应类的、指定名称的public成员变量。Field[] getFields():返回此Class对象对应类的所有的public成员变量。Field getDeclaredField(String name):返回此Class对象对应类的、指定名称的成员变量，与成员变量的访问权限无关。Field[] getDeclaredFields():返回此Class对象对应类的所有的成员变量。

Annotation

< A extends Annotation> A getAnnotation(Class< A> annotationClass):尝试获取该Class对象对应类上存在的、指定类型的Annotation；如果该类型的注解不存在，则返回null。< A extends Annotation> A getDeclaredAnnotation(Class< A> annotationClass):尝试获取直接修饰该Class对象对应类的、指定类型的Annotation；如果该类型的注解不存在，则返回null。Annotation[] getAnnotations():返回修饰该Class对象对应类上存在的所有Annotation。Annotation[] getDeclaredAnnotations():返回直接修饰该Class对应类的所有Annotation。

使用反射生成并操作对象

创建对象

通过反射生成对象有两种方式 - 使用Class对象的newInstance()方法来创建该Class对象对应类的实例，要求该Class对象的对应类有默认构造器。 - 使用Class对象获取制定Constructor对象，在调用Constructor对象的newInstance()方法创建Class对象的对应类的实例，该方式可选择使用制定的构造器来创建实例。

调用方法

Object invoke(Object obj, Object…args): 该方法中的obj是执行该方法的主调，args是实参。

访问成员变量值

getXxx(Object obj): 获取obj对象的该成员变量的值。此处的Xxx对应8种基本类型，如果该成员变量的类型是引用类型，则取消get后面的Xxx。setXxx(Object obj, Xxx val): 将obj对象的该成员变量设置成val值。此处的Xxx对应8中基本类型，如果该成员变量的类型是引用类型，则取消set后面的Xxx。

举例代码

package day608; import java.lang.reflect.Field; class Test { private int age; private String name; void intro() { System.out.println("年龄是：" + age + "\n" + "姓名是：" + name); } } public class ClassTest { public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException { // 创建实例 Test test = new Test(); // 以姓名为例 String name = "name"; // 获得Class对象 Class<Test> class1 = Test.class; // 获取成员变量，与访问权限无关 Field fieldName = class1.getDeclaredField(name); // 设置检查属性：无需检查访问修饰符 fieldName.setAccessible(true); // 设置变量 fieldName.set(test, "zhangsan"); test.intro(); } }

控制台输出结果

年龄是：0 姓名是：zhangsan