Java 反射机制（一）

前言

在 Java 中有两种方式可以让我们在运行时识别对象和类的信息。一种是 RTTI （运行时类型识别：Run-Time Type Identification），它假定了我们在编译时已经知道了所有的类型；另一种是我们本文要说的 反射机制 ，它允许我们在运行时获取和使用类的信息。无论是 RTTI 还是 反射 ，其本质都是一样的，都是去动态的获取类的信息。它们唯一不同的是， RTTI 在编译时期知道要解析的类型，而 反射 是在运行时才知道要解析的类型。

反射概述

反射就是把 Java 类中的各个部分（属性、方法、构造方法等）映射成一个个对象。 Class 类与 java.lang.reflect 类库一起对反射的概念提供了支持，类库中包含了 Field 、 Method 及 Constructor 类，每个类都实现了 Member 接口。这些类型的对象都是由 JVM 运行时创建的，用来表示未知类里对应的成员。这样我们就可以使用 Constructor 创建新的对象，用 get 和 set 方法读取和修改类中与 Field 对象关联的字段，用 invoke 方法调用类中与 Method 对象关联的方法等。

Java 反射机制是在运行状态中的，对于任意一个类我们可以通过反射获取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一个方法和属性。重要的是，要认识到反射机制并没有什么特别之处，当我们通过反射和一个未知类型的对象打交道时， JVM 只是简单的对这个对象做检查，看它属于哪个类，在用它做其它事情之前必须先加载那个类 Class 对象。所以那个类的字节码文件对象对于 JVM 来说必须是可获取的，要么在本地机器上，要么通过网络获取。

<!-- more -->

反射 API 的使用

想要通过反射获取一个类的信息之前，首先要先获取这个类的 Class 对象，在 Java 中所有类型都有与之关联的 Class 对象。

获取类的 Class 对象

在 Java 中获取一个类的 Class 对象有三种方式：

第 ① 种使用 Class 类的 forName 静态方法，当我们知道一个类的全路径时，可以通过 Class.forName 方法获取类的 Class 对象。

Class stringClass = Class.forName("java.lang.String");
System.out.println(stringClass);

运行结果

class java.lang.String

第 ② 种使用 .class 获取，这种方式只适合在编译前就已经知道了要操作的 Class 。

Class stringClass = String.class;
System.out.println(stringClass);

运行结果

class java.lang.String

第 ③ 种使用 getClass() 方法获取

Class stringClass = "mghio".getClass();
System.out.println(stringClass);

运行结果

class java.lang.String

通过反射创建类对象

通过反射创建类对象有两种方式：

第 ① 种通过调用 Class 对象的 newInstance() 方法创建

Class<Person> personClass = Person.class;
Person person = personClass.newInstance();

第 ② 种通过调用 Constructor 对象的 newInstance() 方法创建

Class<Person> personClass = Person.class;
Constructor personConstructor = personClass.getConstructor();
Person person = (Person) personConstructor.newInstance();

两者的区别是，通过 Class 的 newInstance 方法只能通过无参构造方法创建，这就要求这个类必须有一个无参的构造方法，而通过 Constructor 的 newInstance 可以指定参数来选择特定的构造方法来创建对象。以下代码就是指定参数然后通过特定的构造方法创建对象的。

Class<Person> personClass = Person.class;
Constructor personConstructor = personClass.getConstructor();
Person person = (Person) personConstructor.newInstance("mghio", "中国上海");

通过反射获取类的属性

Class 类提供了两种方式获取一个类的属性，第 ① 种是通过 Class 对象的 getFields 方法获取类的属性，该方法只能获取类的 public 属性。

Class<Person> personClass = Person.class;
Field[] fields = personClass.getFields();
System.out.println(Arrays.toString(fields));

运行结果

[public java.lang.String cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.id, 
public java.lang.String cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.name]

第 ② 种是通过 Class 对象的 getDeclaredFields 方法获取类的属性，该方法可以获取类的所有属性（包括 private 修饰的属性）。

Class<Person> personClass = Person.class;
Field[] fields = personClass.getDeclaredFields();
System.out.println(Arrays.toString(fields));

运行结果

[public java.lang.String cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.id, 
public java.lang.String cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.name, 
protected java.lang.Integer cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.age, 
private java.lang.String cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.address]

通过反射获取类的方法

Class 也提供了两种方式获取类的方法，第 ① 种是通过 Class 对象的 getMethods 方法获取类的方法（包括继承而得的方法）。

Class<Person> personClass = Person.class;
Method[] methods = personClass.getMethods();
System.out.println(Arrays.toString(methods));

运行结果

[public java.lang.String cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.toString(), 
public java.lang.String cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.getAddress(), 
...
public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass(), 
public final native void java.lang.Object.notify()]

第 ② 种是通过 Class 对象的 getDeclaredMethods 方法获取类的方法（只包含类中定义的方法，不包含继承而来的方法）。

Class<Person> personClass = Person.class;
Method[] methods = personClass.getDeclaredMethods();
System.out.println(Arrays.toString(methods));

运行结果

[public java.lang.String cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.toString(), 
public java.lang.String cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.getAddress(), 
... 
protected void cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.protectedMethod(), 
private void cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person.privateMethod()]

从以上结果可以看出这个方法只获取当前类中定义的方法，包含 private 方法，不会获取从父类中继承而来的方法。

通过反射获取类的构造方法

Class 也提供了两种方式获取类的构造方法，第 ① 种是通过 Class 对象的 getConstructors 方法获取类的构造方法（只能获取当前类的 public 构造方法）。

Class<Person> personClass = Person.class;
Constructor[] constructors = personClass.getConstructors();
System.out.println(Arrays.toString(constructors));

运行结果

[public cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person(java.lang.String,java.lang.String,java.lang.Integer,java.lang.String)]

第 ② 种是通过 Class 对象的 getDeclaredConstructors 方法获取类的构造方法（只包含类中定义的所有构造方法）。

Class<Person> personClass = Person.class;
Constructor[] constructors = personClass.getDeclaredConstructors();
System.out.println(Arrays.toString(constructors));

运行结果

[public cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person(java.lang.String,java.lang.String,java.lang.Integer,java.lang.String), 
protected cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person(java.lang.String,java.lang.String), 
private cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person()]

通过反射获取类的类名

Class 类提供了两种方式获取类的类名，第 ① 种是通过 getName 方法获取类的全限定名（包含包名）。

Class<Person> personClass = Person.class;
String fullPersonClassName = personClass.getName();
System.out.println(fullPersonClassName);

运行结果

cn.mghio.blogmghiocode.reflect.Person

第 ② 种是通过 Class 对象的 getSimpleName 方法获取类的类名（不包含包名）。

Class<Person> personClass = Person.class;
String fullPersonClassName = personClass.getSimpleName();
System.out.println(fullPersonClassName);

运行结果

Person

通过反射获取类的修饰符

可以通过 Class 类来获取一个类的修饰符，也就是我们熟知的 public 、 protected 、 private 等关键字，通过调用 getModifiers 方法来获取一个类的修饰符。

Class<Person> personClass = Person.class;
int modifyInt = personClass.getModifiers();
System.out.println(modifyInt);

运行结果

返回 1 表示类 Person 的修饰符为 public ，修饰符在 Modifier 类中都被包装成一个 int 类型的数字，部分修饰符定义如下

/**
  * The {@code int} value representing the {@code public}
  * modifier.
  */
public static final int PUBLIC           = 0x00000001;

/**
  * The {@code int} value representing the {@code private}
  * modifier.
  */
public static final int PRIVATE          = 0x00000002;

/**
  * The {@code int} value representing the {@code protected}
  * modifier.
  */
public static final int PROTECTED        = 0x00000004;

通过反射获取类的包信息

Class 对象通过 getPackage 方法获取类的包相关信息，可以使用 Class 对象通过如下的方式获取包信息

Class<Person> personClass = Person.class;
Package packageClazz = personClass.getPackage();
System.out.println(packageClazz.getName());

运行结果

cn.mghio.blogmghiocode.reflect

通过反射获取类的父类

可以通过 Class 类来获取一个类的父类，通过调用 getModifiers 方法来获取一个类的父类。

Class<Person> personClass = Person.class;
Class superclass = personClass.getSuperclass();
System.out.println(superclass.getName());

运行结果

java.lang.Object

以上运行结果表示 Person 类的父类是 Object 类，可以看到 superclass 对象其实就是一个 Class 类的实例，所以也可以继续在这个对象上进行反射操作。

通过反射获取类的实现接口

可以通过 Class 类来获取一个类的父类，通过调用 getInterfaces 方法来获取一个类实现的接口。

Class<Person> personClass = Person.class;
Class<?>[] interfaces = personClass.getInterfaces();
System.out.println(Arrays.toString(interfaces));

运行结果

[interface cn.mghio.blogmghiocode.reflect.IPerson]

在 Java 中一个类可以实现多个接口，因此 getInterfaces 方法返回一个 Class 数组，在 Java 中接口也同样有对应的 Class 对象。这个方法需要注意的是， getInterfaces 方法仅仅只返回当前类所实现的接口。当前类的父类如果实现了接口，这些接口是不会在返回的 Class 集合中的，尽管实际上当前类其实已经实现了父类接口。

通过反射获取泛型信息

当我们在声明一个类或者接口的时候可以指定它可以参数化，常用的 List 接口就是一个参数化接口的例子。比如想要检查 List 接口的参数化类型，我们是没有办法能知道它具体的参数化类型是什么。这个类型就可以是一个应用中所有的类型。但是，当你检查一个使用了被参数化的类型的变量或者方法，你可以获得这个被参数化类型的具体参数。

第 ① 种 泛型方法返回类型当你获得了 Method 对象，那么就可以获取到这个方法的泛型返回类型信息。如果方法是在一个被参数化类型之中（例如: T foo()），那么将无法获得它的具体类型，但是如果方法返回的是一个泛型类（例如：List<String> foo()），那么就可以获得这个泛型类的具体参数化类型。下面这个例子中的类定义了一个返回类型是泛型的方法。

/**
 * @author mghio
 * @date: 2019-12-29
 * @version: 1.0
 * @description: 通过反射获取泛型信息
 * @since JDK 1.8
 */
public class ReflectGenericDemo {

  protected List<Integer> stringList = Arrays.asList(2, 55, 3, 90, 81);

  public List<Integer> getStringList(){
    return this.stringList;
  }

}

我们可以获取上面这个类 ReflectGenericDemo 的方法 getStringList 的泛型返回类型。

/**
 * @author mghio
 * @date: 2019-12-29
 * @version: 1.0
 * @description: 通过反射获取泛型信息
 * @since JDK 1.8
 */
public class ReflectGenericDemoTests {

  @Test
  public void testMethodReturnGenericType() throws NoSuchMethodException {
    Class<ReflectGenericDemo> reflectClass = ReflectGenericDemo.class;
    Method method = reflectClass.getMethod("getStringList", (Class<?>) null);
    Type returnType = method.getGenericReturnType();
    if (returnType instanceof ParameterizedType) {
      ParameterizedType type = (ParameterizedType) returnType;
      Type[] typeArguments = type.getActualTypeArguments();
      for (Type typeArgument : typeArguments) {
        Class typeArgumentClass = (Class) typeArgument;
        System.out.println("typeArgumentClass = " + typeArgumentClass);
      }
    }
  }

}

运行结果

typeArgumentClass = class java.lang.Integer

typeArguments 数组只有一个值，这个数组中唯一的值是 Integer 的 Class 类的实例，同时 Class 类也实现了 Type 接口。

第 ② 种 泛型方法返回类型泛型方法参数类型，我们也可以通过反射来获取方法参数的泛型类型。

/**
 * @author mghio
 * @date: 2019-12-29
 * @version: 1.0
 * @description: 通过反射获取泛型信息
 * @since JDK 1.8
 */
public class ReflectGenericDemo {

  protected List<Integer> stringList = Arrays.asList(2, 55, 3, 90, 81);

  public void setStringList(List<Integer> stringList) {
    this.stringList = stringList;
  }
}

可以通过以下方式获取方法参数的泛型类型。

/**
 * @author mghio
 * @date: 2019-12-29
 * @version: 1.0
 * @description: 通过反射获取泛型信息
 * @since JDK 1.8
 */
public class ReflectGenericDemoTests {

  @Test
  public void testMethodParameterGenericType() throws NoSuchMethodException {
    Class<ReflectGenericDemo> reflectClass = ReflectGenericDemo.class;
    Method method = reflectClass.getMethod("setStringList", List.class);
    Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
    for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
      if (genericParameterType instanceof ParameterizedType) {
        ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) genericParameterType;
        Type[] parameterArgTypes = parameterizedType.getActualTypeArguments();
        for (Type parameterArgType : parameterArgTypes) {
          Class parameterArgClass = (Class) parameterArgType;
          System.out.println("parameterArgClass = " + parameterArgClass);
        }
      }
    }
  }

}

运行结果

parameterArgClass = class java.lang.Integer

第 ③ 种 泛型变量类型可以通过反射来访问类中定义变量的泛型类型，不管这个变量是一个类的静态成员变量或是实例成员变量。

/**
 * @author mghio
 * @date: 2019-12-29
 * @version: 1.0
 * @description: 通过反射获取泛型信息
 * @since JDK 1.8
 */
public class ReflectGenericDemo {

  private List<Integer> stringList = Arrays.asList(2, 55, 3, 90, 81);

}

我们可以通过一下代码来获取类 ReflectGenericDemo 的私有变量 stringList 的泛型变量类型。

/**
 * @author mghio
 * @date: 2019-12-29
 * @version: 1.0
 * @description: 通过反射获取泛型信息
 * @since JDK 1.8
 */
public class ReflectGenericDemoTests {

  @Test
  public void testFieldGenericType() throws NoSuchFieldException {
    Class<ReflectGenericDemo> reflectClass = ReflectGenericDemo.class;
    Field field = reflectClass.getDeclaredField("stringList");
    Type type = field.getGenericType();
    if (type instanceof ParameterizedType) {
      ParameterizedType fieldGenericType = (ParameterizedType) type;
      Type[] fieldGenericTypes = fieldGenericType.getActualTypeArguments();
      for (Type genericType : fieldGenericTypes) {
        Class fieldGenericTypeClass = (Class) genericType;
        System.out.println(fieldGenericTypeClass);
      }
    }
  }

}

运行结果

class java.lang.Integer

数组 fieldGenericTypes 只有一个元素，它代表类 Integer 的 Class 类的实例。我们可以得出通过反射获取泛型信息的套路都是先获取 Class 类对象，然后通过该对象获取相应的类，如果是要获取变量的泛型信息就先获取到 Field 类，如果是要获取方法的泛型信息就先获取到 Method 类，最后再通过是否是 ParameterizedType 的实例来判断是否是泛型类型。

总结

我们介绍了 Java 泛型的基本使用，反射可能在我们日常的工作中不怎么接触到，但是，在很多框架中都有运用，比如， Spring 的 IOC/DI 也是反射；还有 JDBC 的 classForName 也是反射。所有深入了解 Java 反射机制很有必要。