Reflection反射——Class类

概述

        在Java中，除了int等基本类型外，Java的其他类型全部都是class（包括interface）。例如：

String、Object、Runnable、Exception……

        Java反射机制是Java语言的一个重要特性。在学习Java反射机制前，需要了解两个概念：编译器和运行期。

        编译期：是指把源码交给编译器编译成计算机可以执行的文件的过程。在Java中也就是把Java代码编译成class文件的过程。编译期只是做了一些翻译功能，并没有把代码放在内存中运行起来，而只是把代码当成了文本进行操作。比如：检查语法错误。

        运行期：是把编译后的文件交给计算机执行，直到程序允许结束。所谓运行期就把磁盘中的代码放到内存中执行起来。

        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成为Java语言的反射机制。简单来说，反射机制指的是程序在运行时能过获取自身的信息。在Java中，只要给定类的名字，就可以通过反射机制来获得类的所有信息。

        Java反射机制在服务器程序和中间件程序中得到了广泛运用。在服务器端，往往需要根据客户的请求，动态调用某一个对象的特定方法或者为属性赋值。例如：在主流的ORM中框架的实现中，运用Java反射机制可以读取任意一个JavaBean的所有属性，或者给这些属性赋值。

        Java反射机制主要提供了以下功能，这些功能都位于java.lang.reflect包。

• 在运行时判断任意一个对象所属的类
• 在运行时构造任意一个类的对象
• 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
• 在运行时调用任意一个对象的方法
• 生成动态代理

Class类

        要想知道一个类的属性和方法，必须要获取到该类的字节码文件对象。获取类的信息时，使用的就是Class类中的方法。所以先要获取到每一个字节码文件（.class）对应的Class类型的对象。

        class（包括interface）的本质是数据类型（Type）。class是由JVM在执行过程中动态加载的。JVM在第一次读取到一种class类型时，将其加载进内存。每加载一种class，JVM就为其创建一个Class类型的实例，并关联起来。

        注意：这里的Class类型是一个名叫Class的class，定义如下：

// final声明不允许继承
public final class Class{// 私有的构造方法private Class(){}
}

        以String类为例，当JVM加载String类时，它首先读取String.class文件到内存，然后，为String类创建一个Class实例并关联起来：

Class cls = new Class(String);

        这个Class实例是JVM内部创建的，如果我们查看JDK源码，可以发现class类的构造方法private，只有JVM能创建Class实例，我们自己的Java程序是无法创建Class实例的。

        所以JVM持有的每个Class实例都指向一个数据类型（class或interface）：

|---------------------------------|
|          Class Instance         | -------> String
|---------------------------------|
|    name = "java.lang.String"    |
|---------------------------------||---------------------------------|
|          Class Instance         | -------> Random
|---------------------------------|
|    name = "java.util.Random"    |
|---------------------------------||---------------------------------|
|          Class Instance         | -------> Runnable
|---------------------------------|
|   name = "java.lang.Runnable"   |
|---------------------------------|

一个Class实例包含了该class的所有完整信息

|---------------------------------|
|          Class Instance         | -------> String
|---------------------------------|
|   name = "java.lang.String"     |
|---------------------------------|
|      package  = "java.lang"     | 
|---------------------------------|
|    super = "java.lang.Object"   |
|---------------------------------|
|   Interface = CharSequence ...  |
|---------------------------------|
|     field = value[] ,hash,...   |
|---------------------------------|
|      method = indexOf() ...     | 
|---------------------------------|

        由于JVM每个加载的class创建了对应的Class实例，并在实例中保存了该class的所有信息，包括类名、包名、父类、实现的接口、所有方法、字段（成员变量）等，因此，如果获取了某个Class实例，我们就可以通过这个Clas实例获取到该实例对应的class的所有信息。这种通过Class实例获取class信息的方法称为反射（Reflection）。

        如何获取一个class的Class实例？由三个方法：

       方法一：直接通过一个class的静态变量class获取：

Class cls = String.class;

        方法二：如果我们有一个实例变量，可以通过该实例变量提供的getClass()方法获取：

String s = "Hello";
Class cls = s.getClass();

        方法三：如果知道一个class的完整类名，可以通过静态方法Class.forName()获取：

Class cls = Class.forName("java.lang.String");

        因为Class实例在JVM中是唯一的，所以，上述方法获取的Class实例是同一个实例。可以用==比较两个Class实例：

Class cls1 = String.classString s = "Hello";
Class cls2 = s.getClass();boolean sameClass = cls1 == cls2; // true

        反射的目的是为了获得某个实例的信息。因此，当我们拿到某个Object实例时，我们可以通过反射获取该Object的class信息：

void printObjectInfo(Object obj) {Class cls = obj.getClass();
}

        要从Class实例获取获取的基本信息，参考下面的代码：

public class Main {public static void main(String[] args) {printClassInfo("".getClass());printClassInfo(Runnable.class);printClassInfo(java.time.Month.class);printClassInfo(String[].class);printClassInfo(int.class);}static void printClassInfo(Class cls) {System.out.println("Class name: " + cls.getName());System.out.println("Simple name: " + cls.getSimpleName());if (cls.getPackage() != null) {System.out.println("Package name: " + cls.getPackage().getName());}System.out.println("is interface: " + cls.isInterface());System.out.println("is enum: " + cls.isEnum());System.out.println("is array: " + cls.isArray());System.out.println("is primitive: " + cls.isPrimitive());}
}

        注意，数组（例如String[]）也是一种类，而且不同于String.class，它的类名是java.lang.String。此外，JVM为每一种基本类型如int也创建了Class实例，通过int.class访问。
如果获取到了一个Class实例，我们就可以通过该Class实例来创建对应类型的实例：

// 获取String的Class实例:
Class cls = String.class;// 创建一个String实例:
String s = (String) cls.newInstance();

        上述代码相当于new String()。通过Class.newInstance()可以创建类实例，它的局限是：只能调用public的无参数构造方法。带参数的构造方法，或者非public的构造方法都无法通过Class.newInstance()被调用。

Class常用方法

动态加载机制

        JVM在执行Java程序的时候，并不是一次性把所有用到的class全部加载到内存，而是第一次需要用到class时才加载。例如

public class Main {static {System.out.println("Main被加载");}public static void main(String[] args) {int rand = new Random().nextInt(10);if (rand > 5) {create(rand);}}static void create(int no) {Person p = new Person(no);}
}class Person{static {System.out.println("Person类被加载");}public Person(int no) {System.out.println("Person类的有参构造方法");}
}

        当执行Main.java时，由于用到了Main，因此，JVM首先会把Main.class加载到内存。然而，并不会加载Person.class，除非程序执行到create()方法，JVM发现需要加载Person类时，才会首次加载Person.class。如果没有执行create()方法，那么Person.class根本就不会被加载。
动态加载class的特性对于Java程序非常重要。利用JVM动态加载class的特性，我们才能在运行期根据条件加载不同的实现类。

小结

• JVM为每个加载的class及interface创建了对应的Class实例来保存class及interface的所有信息；
• 获取一个class对应的Class实例后，就可以获取该class的所有信息；
• 通过Class实例获取class信息的方法称为反射（Reflection）；
• JVM总是动态加载class，可以在运行期根据条件来控制加载class；