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Class类
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，大家应该先了解两个概念：编译期和运行期。
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，直到程序运行结束。所谓运行期就把在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称为 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够获取自身的信息。
Class类
要想知道一个类的属性和方法，必须先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。
一个Class实例包含了该class的所有完整信息。
由于JVM为每个加载的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Class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）。
三种获取Class对象的方式
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");反射的目的是为了获得某个实例的信息。
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：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。
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");
}
}调用构造方法
反射创建对象
调用Class提供的newInstance()方法：
Person p = Person.class.newInstance();调用Class.newInstance()的局限是，它只能调用该类的public无参数构造方法。如果构造方法带有参数，或者不是public，就无法直接通过Class.newInstance()来调用。
Constructor类
为了调用任意的构造方法，Java的反射API提供了Constructor对象，它拥有一个构造方法的所有信息，可以用来创建一个实例。
Constructor对象代表了一个构造方法，调用结果调用结果是用来创建并返回该类型的对象实例：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 获取构造方法Integer(int):
Constructor cons1 = Integer.class.getConstructor(int.class);
// 调用构造方法:
Integer n1 = (Integer) cons1.newInstance(123);
System.out.println(n1);
// 获取构造方法Integer(String)
Constructor cons2 = Integer.class.getConstructor(String.class);
Integer n2 = (Integer) cons2.newInstance("456");
System.out.println(n2);
}
}通过Class实例获取Constructor的方法如下：
- getConstructor(Class...)：获取某个public的Constructor；
- getDeclaredConstructor(Class...)：获取某个定义的Constructor；
- getConstructors()：获取所有public的Constructor；
- getDeclaredConstructors()：获取所有定义的Constructor。
通过设置setAccessible(true)来访问非public构造方法。
继承关系
获取父类的Class
有了Class实例，我们还可以获取它的父类的Class：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class i = Integer.class;
Class n = i.getSuperclass();
System.out.println(n);
Class o = n.getSuperclass();
System.out.println(o);
System.out.println(o.getSuperclass());
}
}运行上述代码，可以看到，Integer的父类类型是Number，Number的父类是Object，Object的父类是null。除Object外，其他任何非interface的Class都必定存在一个父类类型。
获取实现接口的Class
由于一个类可能实现一个或多个接口，通过 Class 我们就可以查询到实现的接口类型。例如：查询 Integer 实现的接口：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class s = Integer.class;
Class[] is = s.getInterfaces();
for (Class i : is) {
System.out.println(i);
}
}
}要特别注意：getInterfaces()只返回当前类直接实现的接口类型，并不包括其父类实现的接口类型。
此外，对所有interface的Class调用getSuperclass()返回的是null，获取接口的父接口要用getInterfaces()。如果一个类没有实现任何interface，那么getInterfaces()返回空数组。
判断继承关系
当我们判断一个实例是否是某个类型时，正常情况下，使用instanceof操作符：
Object n = Integer.valueOf(123);
boolean isDouble = n instanceof Double; // false
boolean isInteger = n instanceof Integer; // true
boolean isNumber = n instanceof Number; // true
boolean isSerializable = n instanceof java.io.Serializable; // true如果是两个Class实例，要判断一个向上转型是否成立，可以调用isAssignableFrom()：
// Integer i = ?
Integer.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true，因为Integer可以赋值给Integer
// Number n = ?
Number.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true，因为Integer可以赋值给Number
// Object o = ?
Object.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true，因为Integer可以赋值给Object
// Integer i = ?
Integer.class.isAssignableFrom(Number.class); // false，因为Number不能赋值给Integer访问字段
获取Field 字段
对任意的一个Object实例，只要我们获取了它的Class，就可以获取它的一切信息。比如通过一个Class实例获取字段信息。Class类提供了以下几个方法来获取字段：
- Field getField(name)：根据字段名获取当前类中某个public的field（包括父类）
- Field getDeclaredField(name)：根据字段名获取当前类中定义的某个field（不包括父类）
- Field[] getFields()：获取所有public的field（包括父类）
- Field[] getDeclaredFields()：获取当前类中定义的所有field（不包括父类）
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class stdClass = Student.class;
// 获取public字段"score":
System.out.println(stdClass.getField("score"));
// 获取继承的public字段"name":
System.out.println(stdClass.getField("name"));
// 获取private字段"grade":
System.out.println(stdClass.getDeclaredField("grade"));
}
}
class Student extends Person {
public int score;
private int grade;
}
class Person {
public String name;
}一个Field对象包含了一个字段的所有信息：
- getName()：返回字段名称，例如，"name"；
- getType()：返回字段类型，也是一个Class实例，例如，String.class；
- getModifiers()：返回字段的修饰符，它是一个int，不同的bit表示不同的含义。
获取字段值
利用反射拿到字段的一个Field实例只是第一步，我们还可以拿到一个实例对应的该字段的值。例如，对于一个Person实例，我们可以先拿到name字段对应的Field，再获取这个实例的name字段的值：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Object p = new Person("贝吉塔");
Class c = p.getClass();
Field f = c.getDeclaredField("name");
Object value = f.get(p);
System.out.println(value); // "贝吉塔"
}
}
class Person {
private String name;
public Person(String name) {
this.name = name;
}
}运行代码，如果不出意外，会得到一个IllegalAccessException，这是因为name被定义为一个private字段，正常情况下，Main类无法访问Person类的private字段。要修复错误，可以将private改为public。或者，在调用Object value = f.get(p);前执行f.setAccessible(true);
调用setAccessible(true)的意思是，不管这个字段是不是public，一律允许访问。
设置字段值
通过Field实例既然可以获取到指定实例的字段值，自然也可以设置字段的值。设置字段值是通过Field.set(Object, Object)实现的，其中第一个Object参数是指定的实例，第二个Object参数是待修改的值。示例代码如下：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Person p = new Person("武松");
System.out.println(p.getName()); // 武松
Class c = p.getClass();
Field f = c.getDeclaredField("name");
f.setAccessible(true);
f.set(p, "宋江");
System.out.println(p.getName()); // 宋江
}
}
class Person {
private String name;
public Person(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return this.name;
}
}调用方法
Method类
我们已经能通过Class实例获取所有Field对象，同样的，可以通过Class实例获取所有方法（Method类型的对象）。Class类提供了以下几个方法来获取Method：
- Method getMethod(name, Class...)：获取某个public的Method（包括父类）
- Method getDeclaredMethod(name, Class...)：获取当前类的某个Method（不包括父类）
- Method[] getMethods()：获取所有public的Method（包括父类）
Method[] getDeclaredMethods()：获取当前类的所有Method（不包括父类）
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class stdClass = Student.class;
// 获取public方法getScore，参数为String:
System.out.println(stdClass.getMethod("getScore", String.class));
// 获取继承的public方法getName，无参数:
System.out.println(stdClass.getMethod("getName"));
// 获取private方法getGrade，参数为int:
System.out.println(stdClass.getDeclaredMethod("getGrade", int.class));
}
}
class Student extends Person {
public int getScore(String type) {
return 99;
}
private int getGrade(int year) {
return 1;
}
}
class Person {
public String getName() {
return "Person";
}
}一个Method对象包含一个方法的所有信息：
- getName()：返回方法名称，例如："getScore"；
- getReturnType()：返回方法返回值类型，也是一个Class实例，例如：String.class；
- getParameterTypes()：返回方法的参数类型，是一个Class数组，例如：{String.class, int.class}；
- getModifiers()：返回方法的修饰符，它是一个int，不同的value表示不同的访问修饰符；
调用方法
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// String对象:
String s = "Hello world";
// 获取String substring(int)方法，参数为int:
Method m = String.class.getMethod("substring", int.class);
// 在s对象上调用该方法并获取结果:
String r = (String) m.invoke(s, 6);
// 打印调用结果:
System.out.println(r);
}
}调用静态方法
如果获取到的Method表示一个静态方法，调用静态方法时，由于无需指定实例对象，所以invoke方法传入的第一个参数永远为null。我们以Integer.parseInt(String)为例：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 获取Integer.parseInt(String)方法，参数为String:
Method m = Integer.class.getMethod("parseInt", String.class);
// 调用该静态方法并获取结果:
Integer n = (Integer) m.invoke(null, "12345");
// 打印调用结果:
System.out.println(n); } }调用非public方法
和Field类似，对于非public方法，我们虽然可以通过Class.getDeclaredMethod()获取该方法实例，但直接对其调用将得到一个IllegalAccessException。为了调用非public方法，我们通过Method.setAccessible(true)允许其调用
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Person p = new Person();
Method m = p.getClass().getDeclaredMethod("setName", String.class);
m.setAccessible(true);
m.invoke(p, "Bob");
System.out.println(p.name);
}
}
class Person {
String name;
private void setName(String name) {
this.name = name;
}
}多态
我们来考察这样一种情况：一个Person类定义了hello()方法，并且它的子类Student也重写了hello()方法，那么，从Person.class获取的Method，作用于Student实例时，调用的方法到底是哪个？
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 获取Person的hello方法:
Method h = Person.class.getMethod("hello");
// 对Student实例调用hello方法:
h.invoke(new Student());
}
}
class Person {
public void hello() {
System.out.println("Person:hello");
}
}
class Student extends Person {
public void hello() {
System.out.println("Student:hello");
}
}运行上述代码，发现打印出的是Student:hello，因此，使用反射调用方法时，仍然遵循多态原则：即总是调用实际类型的重写方法（如果存在）