理解 Class 类并获取 Class 实例
- Class类
- 获取 Class 类的实例
- 哪些类型可以有Class对象
- 所有类型的Class对象
从内存角度分析类加载【重点】
- 类加载的过程
- 什么时候会发生类的初始化
- 类加载器
获取运行时类的完整结构
- 有了Class对象能做什么
性能对比分析
通过反射操作泛型
通过反射操作注解

理解 Class 类并获取 Class 实例

1.先定义一个实体类

package com.cheng.reflection;public class User {// 属性// getter setter// ...
}

2.主程序

public class Test01 {public static void main(String[] args) throws Exception {// 通过反射获取类的 Class 对象Class<?> aClass = Class.forName("com.cheng.reflection.User");System.out.println(aClass);}
}

输出：

class com.cheng.reflection.User

一个类在内存中只有一个 Class 对象，一个类被加载之后，类的整个结构都会被封装在 Class 对象中

Class类

在 Object 类中定义了以下方法，此方法将被所有子类继承

public final native Class<?> getClass();

上面的方法返回值的类型是一个 Class 类，此类是 Java 反射的源头，实际上所谓反射从程序的运行结果来看也很好理解，即：可以通过对象反射求出类的名称

对于每个类而言，JRE 都为其保留了一个不变的 Class 类型的对象。一个 Class 对象包含了特定某个结构（class / interface / enum / annotation / primitive type/void / []）

Class 本身也是一个类
Class 对象只能由系统建立对象
一个加载的类在 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 实例所生成
通过 Class 可以完整地得到一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、唯有先获得响应的 Class 对象

Class 类的常用方法：

方法	说明
static Class forName(String name)	返回指定类名 name 的 Class 对象
Object newInstance()	调用缺省构造函数，返回 Class 对象的一个实例
getName()	返回此 Class 对象所表示的实体（类、接口、数组类、或 void）的名称
Class getSuperClass()	返回当前 Class 对象的父类的 Class 对象
Class[] getInterfaces()	获取当前 Class 对象的接口
ClassLoader getClassLoader()	返回该类的类加载器
Constructor[] getConstructors()	返回一个包含某些 Constructor 对象的数组
Method getMethod(String name, Class… T)	返回一个 Method 对象，此对象的形参类型为 paramType
Field[] getDeclaredFields()	返回 Field 对象的一个数组

获取 Class 类的实例

public class Test01 {public static void main(String[] args) throws Exception {// 方式一：forName 获得Class aClass = Class.forName("com.java.demo.reflect.User");System.out.println(aClass);// 方式二：通过对象获得Class aClass1 = new User().getClass();System.out.println(aClass1);// 方式三：通过类名.class 获得Class<User> aClass2 = User.class;System.out.println(aClass2);}
}

输出：

class com.cheng.reflection.User
class com.cheng.reflection.User
class com.cheng.reflection.User

哪些类型可以有Class对象

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@inerface
primitive type：基本数据类型
void

所有类型的Class对象

public class Test02 {public static void main(String[] args) {Class c1 = Object.class; // 类Class c2 = Comparable.class; // 接口Class c3 = String[].class; // 一维数组Class c4 = int[][].class; // 二维数组Class c5 = Override.class; // 注解Class c6 = ElementType.class; // 枚举Class c7 = Integer.class; // 基本数据类型Class c8 = void.class; // voidClass c9 = Class.class; // ClassSystem.out.println(c1);System.out.println(c2);System.out.println(c3);System.out.println(c4);System.out.println(c5);System.out.println(c6);System.out.println(c7);System.out.println(c8);System.out.println(c9);// 只要元素类型与维度一样，就是同一个Classint[] a = new int[10];int[] b = new int[100];System.out.println(a.getClass().hashCode());System.out.println(b.getClass().hashCode());}
}

输出：

class java.lang.Object
interface java.lang.Comparable
class [Ljava.lang.String;
class [[I
interface java.lang.Override
class java.lang.annotation.ElementType
class java.lang.Integer
void
class java.lang.Class
2133927002
2133927002

从内存角度分析类加载【重点】

【重点】可参考B站视频：【狂神说Java】注解和反射

（方法区可以看作特殊的堆内存）

类加载的过程

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：

（JVM）执行类构造器< clint>() 方法的过程，类构造器< clint>()方法是由编译期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< clint>()方法在多线程环境中被正确加锁和同步

public class Test03 {public static void main(String[] args) {/*** 1、加载到内存，会产生一个类对应的 Class 对象* 2、链接，链接结束后 m = 0* 3、初始化<clint>() {System.out.println("A 类静态代码块初始化");m = 300;m = 100;}m = 100;*/A a = new A();System.out.println(A.m);}
}class A {static {System.out.println("A 类静态代码块初始化");m = 300;}static int m = 100;public A() {System.out.println("A 类的无参构造函数初始化");}
}

输出：

A 类静态代码块初始化
A 类的无参构造函数初始化
100

什么时候会发生类的初始化

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，如果父类没有被初始化，则先会初始化它的父类

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）

// 测试类什么时候会被初始化
public class Test04 {static {System.out.println("Main被加载");}public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {// 1. 主动引用//Son son = new Son();    //输出：Main被加载 父类被加载 子类被加载// 2. 反射也会产生主动引用//Class.forName("com.cheng.reflection.Son");  //输出：Main被加载 父类被加载 子类被加载// 3.不会产生类的引用方法://System.out.println(Son.b);   //输出：Main被加载 父类被加载 2// 数组只是赋予一个名字，开拓了一个空间，并没有加载类//Son[] array = new Son[100]; //输出：Main被加载//System.out.println(Son.M);  输出：Main被加载 1}
}class Father{static int b = 2;static {System.out.println("父类被加载");}
}
class Son extends Father{static {System.out.println("子类被加载");m = 300;}static  int m = 100;static final int M = 1;
}

类加载器

类加载器作用：

package com.cheng.reflection;public class Test05 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {// 获取系统类加载器ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();System.out.println(systemClassLoader);// 获取系统类加载器的父类加载器——>扩展类加载器ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();System.out.println(parent);// 获取扩展类加载器的父类加载器——>根加载器（用C/C++编写，Java读取不到，返回null）ClassLoader parent1 = parent.getParent();System.out.println(parent1);System.out.println("===============================");// 测试当前类是哪个加载器加载的ClassLoader classLoader = Class.forName("com.cheng.reflection.Test05").getClassLoader();System.out.println(classLoader);//  测试JDK内置类（如java.lang.Object）是谁加载的classLoader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();System.out.println(classLoader);System.out.println("===============================");//  获得系统类加载器可以加载的路径System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));}
}

输出：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@7f31245a
null
===============================
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
null
===============================
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\charsets.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\deploy.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;
...(内容过多，不予展示)

获取运行时类的完整结构

通过反射获取运行时类的完整结构：

实现的全部接口
所继承的父类
全部的构造器
全部的方法
全部的 Field
注解
…

package com.cheng.reflection;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;// 获取类的信息
public class Test06 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {// 获得Class对象Class c1 = Class.forName("com.cheng.reflection.User");// 获得类的名字System.out.println(c1.getName()); // 获得包名 + 类名System.out.println(c1.getSimpleName());// 获得类的属性System.out.println("=============================");Field[] fields = c1.getFields(); // 只能找到public属性fields = c1.getDeclaredFields(); // 找到全部的属性for (Field field : fields){System.out.println(field);}// 获得指定属性的值Field name = c1.getDeclaredField("name");System.out.println(name);// 获得类的方法System.out.println("=============================");Method[] methods = c1.getMethods();// 获得本类及其父类的全部public方法for (Method method : methods){System.out.println("正常的：" + method);}methods = c1.getDeclaredMethods(); // 获得本类的全部方法for (Method method : methods){System.out.println("getDeclaredMethods：" + method);}// 获得指定方法// 重载Method getName = c1.getMethod("getName", null);Method setName = c1.getMethod("setName", String.class);System.out.println(getName);System.out.println(setName);// 获得指定的构造器System.out.println("=============================");Constructor[] constructors = c1.getConstructors();for (Constructor constructor : constructors){System.out.println(constructor);}constructors  = c1.getDeclaredConstructors();for (Constructor constructor : constructors){System.out.println(constructor);}// 获得指定的构造器(例如某个有参构造)Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(int.class, String.class, int.class);System.out.println("指定的：" + declaredConstructor);}
}

有了Class对象能做什么

**创建类的对象：**调用Class对象的newInstance()方法

类必须有一个无参构造器
类的构造器的访问权限需要足够

没有无参构造器也能创建对象。只要在操作的时候明确调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。
步骤如下：

通过Class类的getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)取得本类的指定形参类型的构造器
向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数
通过Constructor实例化对象

调用指定的方法：
通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成

通过Class类的getMethod(String name,Class…parameterTypes)方法取得一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型
之后使用Object invoke(Object obj, Object[] args)进行调用，并向方法中传递要设置的obj对象的参数信息

Object invoke(Object obj, Object… args)
Object对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null
若原方法为静态方法，此时形参Object obj可为null
若原方法形参列表为空，则Object[] args可为null
若原方法声明为private，则需要在调用此invo()方法前，显式调用对象的setAccessible(true)方法，即可访问private方法

setAccessible

Method、Field、Constructor对象都有setAccessible()方法
setAccessible作用是启动和禁用访问安全检查的开关
参数值为true则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查，使得原本无法访问的私有成员也可以访问。可以提高反射的效率。如果代码中必须使用反射，而该句代码需要频繁地被调用，请设置为true

package com.cheng.reflection;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;public class Test07 {public static void main(String[] args) throws Exception {// 获得class对象Class c1 = Class.forName("com.cheng.reflection.User");// 构造一个对象User user = (User)c1.newInstance(); // 本质是调用了类的无参构造器 如果类没有无参构造器就会有异常System.out.println(user);// 通过构造器创建对象Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(int.class, String.class, int.class);User user2 = (User)constructor.newInstance(001, "张三", 20);System.out.println(user2);// 通过反射调用普通方法User user3 = (User)c1.newInstance();// 通过反射获取一个方法Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);// invoke，激活的意思// (对象， “方法的值”）setName.invoke(user3, "李四");System.out.println(user3.getName());// 通过反射操作属性System.out.println("==================================");User user4 = (User)c1.newInstance();Field name = c1.getDeclaredField("name");//不能直接操作私有属性，我们需要关闭程序的安全监测，// 开启访问权限name.setAccessible(true);name.set(user4, "王五");System.out.println(user4.getName());}
}

性能对比分析

上面说到了setAccessible(true)可以提高反射效率，下面开始对比普通方式调用和反射方式调用（包括反射方式的setAccessible()开启和禁用）的效率

//分析性能问题
public class Test08 {// 普通方式调用public static void test01() {User user = new User();long startTime = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {user.getName();}long endTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("普通方式执行 10 亿次：" + (endTime - startTime) + "ms");}// 反射方式调用public static void test02() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {User user = new User();Class c = user.getClass();Method getName = c.getDeclaredMethod("getName", null);long startTime = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {getName.invoke(user, null);}long endTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("反射方式执行 10 亿次：" + (endTime - startTime) + "ms");}// 反射方式调用，关闭检测public static void test03() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {User user = new User();Class c = user.getClass();Method getName = c.getDeclaredMethod("getName", null);getName.setAccessible(true);long startTime = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {getName.invoke(user, null);}long endTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("关闭检测方式执行 10 亿次：" + (endTime - startTime) + "ms");}public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException {test01();test02();test03();}
}

输出：

普通方式执行 10 亿次：5ms
反射方式执行 10 亿次：1692ms
关闭检测方式执行 10 亿次：1331ms

通过反射操作泛型

Java 采用泛型擦除的机制来引入泛型，Java 中的泛型仅仅是给编译器 javac使用的，确保数据的安全性和免去强制类型转换问题，但是，一旦编译完成，所有和泛型有关的类型全部擦除
为了通过反射操作这些类型，Java 新增了 ParameterizedType，GenericArrayType，TypeVariable和 WildcardType 几种类型来代表不能被归一到 Class 类中的类型但是又和原始类型齐名的类型。
ParameterizedType：表示一种参数化类型，比如 Collection< String>
GenericArrayType：表示一种元素类型时参数化类型或者类型变量的数组类型
TypeVariable ：是各种类型变量的公共父接口
WildcardType ：代表一种通配符类型表达式

package com.cheng.reflection;import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.List;
import java.util.Map;public class Test09 {public void test01(Map<String, User> map, List<User> list) {System.out.println("test01");}public Map<String, User> test02() {System.out.println("test02");return null;}// 通过反射获取泛型public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {Method test01 = Test09.class.getMethod("test01", Map.class, List.class);// 获取通用参数类型Type[] genericParameterTypes = test01.getGenericParameterTypes();// 迭代遍历for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {System.out.println("# " + genericParameterType);if (genericParameterType instanceof ParameterizedType) {// 获取实际参数类型Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {System.out.println(actualTypeArgument);}}}Method test02 = Test09.class.getMethod("test02", null);Type genericReturnType = test02.getGenericReturnType();if (genericReturnType instanceof ParameterizedType) {Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {System.out.println(actualTypeArgument);}}}
}

通过反射操作注解

package com.cheng.reflection;import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.Field;public class Test10 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {Class c1 = Class.forName("com.cheng.reflection.Stu");// 通过反射获得注解Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();for (Annotation annotation : annotations) {System.out.println("---->"+annotation);}// 获得注解的value的值TableStu tableStu = (TableStu)c1.getAnnotation(TableStu.class);String value = tableStu.value();System.out.println(value);// 获得类指定注解Field f = c1.getDeclaredField("id");FieldStu annotation = f.getAnnotation(FieldStu.class);System.out.println(annotation.columnName());System.out.println(annotation.type());System.out.println(annotation.length());}
}@TableStu("db_stu")
class Stu{@FieldStu(columnName = "db_id", type = "int", length = 10)private int id;@FieldStu(columnName = "db_age", type = "int", length = 10)private int age;@FieldStu(columnName = "db_name", type = "varchar", length = 3)private String name;public Stu() {}public Stu(int id, int age, String name) {this.id = id;this.age = age;this.name = name;}public int getId() {return id;}public void setId(int id) {this.id = id;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}@Overridepublic String toString() {return "Stu{" +"id=" + id +", age=" + age +", name='" + name + '\'' +'}';}
}// 类名的注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface TableStu{String value();
}// 属性的注解
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface FieldStu{String columnName();String type();int length();
}

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