Java的反射机制

静态和动态语言

动态语言

• 是一类在运行时可以改变其结构的语言：例如新的函数、对象、甚至代码可以被引进，已有的函数可以被删除或是其他结构上的变化。通俗点说就是在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构。
• 主要动态语言：Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python等

静态语言

• 与动态语言相对应的，运行时结构不可变的语言就是静态语言。如Java、C、C++。
• Java不是动态语言，但Java可以称之为“准动态语言”。即Java有一定的动态性，我们可以利用反射机制获得类似动态语言的特性。Java的动态性让编程的时候更加灵活！

反射的概念

• Reflection（反射）是Java被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法
• 加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象就包含了完整的类结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，我们形象的称之为：反射

正常方式：引入需要的“包类”名称-->通过new实例化-->取得实例化对象

反射方式：实例化对象-->getClass()方法-->得到完整的“包类”名称

Class类

对象照镜子后可以得到信息：某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。对于每个类而言，JRE都为其保留了一个不变的Class对象。一个Class对象包含了特定某个结构（class/interface/enum/annotation/primitive type/void/[]）的有关信息。

• Class本身也是一个类
• Class对象只能由系统建立对象
• 一个加载的类再JVM中只会有一个Class实例
• 一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件
• 每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例生成
• 通过Class可以完整地得到有个类中的所有被加载的结构
• Class类是Reflection的根源，针对任何你想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的Class对象

Class类的常用方法

获取Class类

1. 若已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠，程序性能最高。

   Class clazz = Person.class;

2. 已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象

   Class clazz = person.getClass();

3. 已知一个类的全类名，且该类再类路径下，可通过Class类的静态方法forName()获取，可能抛出ClassNotFoundException

   Class clazz = Class.forName("demo01.Student");

4. 内置基本数据类型可以直接用包装类类名.Type；

5. 可以利用ClassLoader

package com.cnblogs.reflection;
/*
本类用作测试Class类的获取
 */
public class TestReflection1 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Person per = new Student();
        System.out.println("这人是个" + per.name);//这是一个学生
        //方法一
        Class c1 = per.getClass();
        System.out.println(c1.hashCode());//1956725890

        //方法二
        Class c2 = Class.forName("com.cnblogs.reflection.Student");
        System.out.println(c2.hashCode());//1956725890

        //方法三
        Class c3 = Student.class;
        System.out.println(c3.hashCode());//1956725890

        //方法四
        Class c4 = Integer.TYPE;
        System.out.println(c4);//int

        //获得父类类型
        Class c5 = c1.getSuperclass();
        System.out.println(c5);//class com.cnblogs.reflection.Person
    }
}


class Person{
    public String name;

    public Person() {

    }

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

class Student extends Person{
    public Student() {
        this.name = "学生";
    }
}

class Teacher extends Person{
    public Teacher(String name) {
        this.name = "老师";
    }
}

可以有Class对象的类型

• class：外部类，成员（成员内部类，静态内部类），局部内部类，匿名内部类
• interface：接口
• []：数组
• enum：枚举
• annotation：注解@interface
• primitive type：基本数据类型
• void

类的加载与ClassLoader的理解

• 加载：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.Class对象。

• 链接：将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程

  • 验证：确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题
  • 准备：正式为类变量（static）分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。
  • 解析：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。

• 初始化：

  • 执行类构造器<clinit>()方法的过程。类构造器<clinit>()方法是由编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的构造器）。
  • 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
  • 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确的加锁和同步。

什么时候会发生类初始化？

• 类的主动引用（一定会发生类的初始化）

  • 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类
  • new一个类的对象
  • 调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法
  • 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
  • 当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化它的类

• 类的被动引用（不会发生类的初始化）

  • 当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化。如：当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化
  • 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
  • 引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）

类加载器的作用

• 类加载的作用：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后再堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口

• 类缓存：标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器中，它将维持加载（缓存）一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象

• 类加载器作用是用来把类（class）装载进内存的。JVM规范定义了如下类型的类的加载器

  • 引导类加载器：用C++编写的，是JVM自带的类加载器，负责Java平台核心库，用来装载核心类库。该加载器无法直接获取
  • 扩展类加载器：负责jre/lib/ext目录下的jar包或-D java.ext.dirs 指定目录下的jar包装入工作库
  • 系统类加载器：负责java-classpath或-D java.class.path所指的目录下的类与jar包装入工作库，是最常用的加载器。