面试题思考：什么是 Java 的反射机制

一、反射机制概述

Java 反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够获得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属性和方法。这种在运行时动态的获取信息以及动态调用对象的方法的功能称为Java 的反射机制。

Class 类与java.lang.reflect 类库一起对反射的概念进行了支持，该类库包含了Field,Method,Constructor类(每个类都实现了Member 接口)。这些类型的对象时由JVM 在运行时创建的，用以表示未知类里对应的成员。

这样你就可以使用Constructor 创建新的对象，用get() 和set() 方法读取和修改与Field 对象关联的字段，用invoke() 方法调用与Method 对象关联的方法。另外，还可以调用getFields() getMethods() 和 getConstructors() 等很便利的方法，以返回表示字段，方法，以及构造器的对象的数组。这样匿名对象的信息就能在运行时被完全确定下来，而在编译时不需要知道任何事情。

二、获取字节码的方式

在Java 中可以通过三种方法获取类的字节码(Class)对象

• 通过Object 类中的getClass() 方法，想要用这种方法必须要明确具体的类并且创建该类的对象。
• 所有数据类型都具备一个静态的属性.class 来获取对应的Class 对象。但是还是要明确到类，然后才能调用类中的静态成员。
• 只要通过给定类的字符串名称就可以获取该类的字节码对象，这样做扩展性更强。通过Class.forName() 方法完成，必须要指定类的全限定名，由于前两种方法都是在知道该类的情况下获取该类的字节码对象，因此不会有异常，但是Class.forName() 方法如果写错类的路径会报 ClassNotFoundException 的异常。

  ackage com.jas.reflect;
  
  public class ReflectTest {
      public static void main(String[] args) {
  
          Fruit fruit = new Fruit();
          Class<?> class1 = fruit.getClass();     //方法一
  
          Class<?> class2 = Fruit.class;     //方法二
  
          Class class3 = null;
          try {    //方法三，如果这里不指定类所在的包名会报 ClassNotFoundException 异常
              class3 = Class.forName("com.jas.reflect.Fruit");
          } catch (ClassNotFoundException e) {
              e.printStackTrace();
          }
  
          System.out.println(class1 + "  " +class2 + "    " + class3);
  
      }
  }
  
  class Fruit{}

三、通过反射机制获取类信息

通过反射机制创建对象，在创建对象之前要获得对象的构造函数对象，通过构造函数对象创建对应类的实例。

下面这段代码分别在运行期间创建了一个无参与有参的对象实例。由于getConstructor() 方法与newInstance() 方法抛出了很多异常(你可以通过源代码查看它们)，这里就简写了直接抛出一个Exception，下同。

package com.jas.reflect;

import java.lang.reflect.Constructor;

public class ReflectTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Class clazz = null;
        clazz = Class.forName("com.jas.reflect.Fruit");
        Constructor<Fruit> constructor1 = clazz.getConstructor();
        Constructor<Fruit> constructor2 = clazz.getConstructor(String.class);

        Fruit fruit1 = constructor1.newInstance();
        Fruit fruit2 = constructor2.newInstance("Apple");

    }
}

class Fruit{
    public Fruit(){
        System.out.println("无参构造器Run...........");
    }
    public Fruit(String type){
        System.out.println("有参构造器Run..........." + type);
    }

}

输出：
无参构造器Run………..
有参构造器Run………..Apple

通过反射机制获取Class 中的属性

package com.jas.reflect;

import java.lang.reflect.Field;

public class ReflectTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Class<?> clazz = null;
        Field field = null;

        clazz = Class.forName("com.jas.reflect.Fruit");
        //field = clazz.getField("num");       getField() 方法不能获取私有的属性
        // field = clazz.getField("type");     访问私有字段时会报 NoSuchFieldException异常
        field = clazz.getDeclaredField("type");     //获取私有type 属性
        field.setAccessible(true);  //对私有字段的访问取消检查
        Fruit fruit = (Fruit) clazz.newInstance();  //创建无参对象实例
        field.set(fruit,"Apple");   //为无参对象实例属性赋值
        Object type = field.get(fruit); //通过fruit 对象获取属性值

        System.out.println(type);
    }
}

class Fruit{
    public int num;
    private String type;

    public Fruit(){
        System.out.println("无参构造器Run...........");
    }
    public Fruit(String type){
        System.out.println("有参构造器Run..........." + type);
    }

}

输出：
无参构造器Run………..
Apple

通过反射机制获取Class 中的方法并运行。

package com.jas.reflect;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Method;

public class ReflectTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Class clazz = null;
        Method method = null;

        clazz = Class.forName("com.jas.reflect.Fruit");
        Constructor<Fruit> fruitConstructor = clazz.getConstructor(String.class);
        Fruit fruit = fruitConstructor.newInstance("Apple");    //创建有参对象实例

        method = clazz.getMethod("show",null);  //获取空参数show 方法
        method.invoke(fruit,null);  //执行无参方法

        method = clazz.getMethod("show",int.class); //获取有参show 方法
        method.invoke(fruit,20);  //执行有参方法

    }
}

class Fruit{
    private String type;

    public Fruit(String type){
        this.type = type;
    }
    public void show(){
        System.out.println("Fruit type = " + type);
    }
    public void show(int num){
        System.out.println("Fruit type = " + type + ".....Fruit num = " + num);
    }
}

输出：
Fruit type = Apple
Fruit type = Apple…..Fruit num = 20

四、反射机制简单应用（使用简单工厂创建对象）

Class.forName() 生成的结果是在编译时不可知的，因此所有的方法特征签名信息都是在执行时被提取出来的。反射机制能过创建一个在编译期完全未知的对象，并调用该对象的方法。

以下是反射机制与泛型的一个应用，通过一个工厂类创建不同类型的实例。

要创建对象的实例类Apple ：

package com.jas.reflect;

public interface Fruit {}
class Apple implements Fruit{}

加载的配置文件config.properties：

Fruit=com.jas.reflect.Apple

工厂类BasicFactory ：

package com.jas.reflect;

import java.io.FileReader;
import java.util.Properties;

public class BasicFactory {
    private BasicFactory(){}

    private static BasicFactory bf = new BasicFactory();
    private static Properties pro = null;

    static{
        pro = new Properties();
        try{
            //通过类加载器加载配置文件
            pro.load(new FileReader(BasicFactory.class.getClassLoader().
                    getResource("config.properties").getPath()));
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static BasicFactory getFactory(){
        return bf;
    }

    //使用泛型获得通用的对象
    public  <T> T newInstance(Class<T> clazz){
        String cName = clazz.getSimpleName();   //获得字节码对象的类名
        String clmplName = pro.getProperty(cName);   //根据字节码对象的类名通过配置文件获得类的全限定名

        try{
            return (T)Class.forName(clmplName).newInstance();   //根据类的全限定名创建实例对象
        }catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

    }
}

创建对象实例：

package com.jas.reflect;

public class ReflectTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Fruit fruit = BasicFactory.getFactory().newInstance(Fruit.class);
        System.out.println(fruit);
    }
}

输出
com.jas.reflect.Apple@4554617c

上面这个实例通过一个工厂创建不同对象的实例，通过这种方式可以降低代码的耦合度，代码得到了很大程度的扩展，以前要创建Apple 对象需要通过new 关键字创建Apple 对象，如果我们也要创建Orange 对象呢？是不是也要通过new 关键字创建实例并向上转型为Fruit ，这样做是麻烦的。

现在我们直接有一个工厂，你只要在配置文件中配置你要创建对象的信息，你就可以创建任何类型你想要的对象，是不是简单很多了呢？可见反射机制的价值是很惊人的。

Spring 中的 IOC 的底层实现原理就是反射机制，Spring 的容器会帮我们创建实例，该容器中使用的方法就是反射，通过解析xml文件，获取到id属性和class属性里面的内容，利用反射原理创建配置文件里类的实例对象，存入到Spring的bean容器中。

参考书籍： 
 《Java 编程思想》 Bruce Eckel 著 陈昊鹏 译