Java核心知識體系1：泛型機制詳解
 Java核心知識體系2：註解機制詳解
 Java核心知識體系3：異常機制詳解
 Java核心知識體系4：AOP原理和切面應用

1 介紹

無論是那種語言體系，反射都是必不可少的一個技術特徵。從Java體系來說，很多常用的技術框架或多或少都使用到了反射技術，比如Spring、MyBatis、RocketMQ、FastJson 等等。反射技術強大而必要，在大多數框架中起到舉足輕重的作用。所以，反射也是Java必不可少的核心技術之一。

接下來我們來看看反射的一些技術要點：

反射的概念（即什麼是反射）？
反射的作用（它幫我們解決了哪些問題）？
反射的實現原理？
如何使用反射？
下面我就針對以上的疑問，一一來講解。

1.1 反射是什麼？

Java反射（Reflection）是Java語言的一個核心特性，它允許執行中的Java程式碼對自身進行自我檢查，甚至修改自身的元件。具體來說，反射機制提供了在執行狀態中，對於任意一個類，都能夠了解這個類的所有屬性和方法；對於任意一個物件，都能夠呼叫它的任意一個方法和屬性。這種動態獲取的資訊以及動態呼叫物件的方法在Java中就叫做反射。
一句話總結：反射就是在執行時才具體知曉要操作的類是什麼結構，並在執行時獲取類的完整構造，並呼叫對應的方法、屬性等。

Java的反射主要包括以下三個部分：

類的載入：Java的類在需要使用時才會被載入到JVM中。這個過程是由類載入器（ClassLoader）完成的。類載入器首先檢查這個類是否已經被載入過，如果還沒有載入，那麼就會從磁碟上載入類的位元組碼並建立一個Class物件。
獲取類的資訊：當一個物件被建立後，我們可以使用反射來獲取這個物件的Class物件。通過這個Class物件，我們可以獲取到這個類的所有屬性和方法。
方法的呼叫：通過反射，我們可以動態的呼叫一個物件的方法。即使這個方法是一個私有的方法，也能夠通過反射來呼叫。

1.2 為什麼要用反射？

Java Reflection功能非常強大，並且非常有用，比如：

獲取任意類的名稱、package資訊、所有屬性、方法、註解、型別、類載入器等
獲取任意物件的屬性，並且能改變物件的屬性
呼叫任意物件的方法
判斷任意一個物件所屬的類
範例化任意一個類的物件
通過反射我們可以實現動態裝配，降低程式碼的耦合度，實現動態代理等。

具體的應用場景：

框架設計：許多框架，如Spring，Hibernate等，都大量使用了反射來實現物件的自動裝配，動態代理等功能。
單元測試：單元測試框架（如JUnit）會使用反射來呼叫被註解的方法。
外掛化：為了實現外掛化，可以通過反射載入不同的外掛。
物件序列化與反序列化：在物件進行序列化和反序列化的時候，會使用反射獲取到物件的所有屬性和方法。

2 反射的使用

在Java中，Class類與java.lang.reflect類庫配合對反射技術進行了完整的支援。在反射的Package中，我們經常使用功能類如下：

Constructor類表示的是Class 物件所表示的類的構造方法，利用它可以在執行時動態建立物件
Field類表示Class物件所表示的類的成員變數，通過它可以在執行時動態修改成員變數的屬性值(包含private)
Method類表示Class物件所表示的類的成員方法，通過它可以動態呼叫物件的方法(包含private)

下面將對這幾個類進行詳細介紹。

2.1 反射建立類物件

一般情況下我們通過反射建立類物件主要有兩種方式：

通過 Class 物件的 newInstance() 方法
通過 Constructor 物件的 newInstance() 方法
通過 Class 物件的 newInstance() 方法實現

Class clz = Class.forName("com.ad.reflection.TestRefle");
TestRefle tr= (TestRefle)clz.newInstance();

通過 Constructor 物件的 newInstance() 方法實現

Class clz = Class.forName("com.ad.reflection.TestRefle");
Constructor constructor = clz.getConstructor();
TestRefle tr= (TestRefle)constructor.newInstance();

這邊需要注意，通過 Constructor 物件建立類物件可以選擇特定構造方法，而通過 Class 物件則只能使用預設的無引數構造方法。
下面的程式碼演示的是通過 Constructor 呼叫有參構造方法進行了類物件初始化：

Class clz = Class.forName("com.ad.reflection.TestRefle");
Constructor constructor = clz.getConstructor(String.class);
TestRefle tr= (TestRefle)constructor.newInstance("提供一個String引數");

接下來我們繼續，通過具體的API獲取詳細的類資訊：類資訊、方法資訊、屬性資訊等。

2.2 獲取Class類物件

 // 獲取Class物件的三種方式
 根據類名: Class mailClass = MailInfo.class;
 根據物件: Class mailClass = new MailInfo().getClass();
 根據全限定類名: Class mailClass = Class.forName("com.ad.MailInfo");
 
 // 根據物件獲取資訊和範例物件
 獲取全限定類名: mailClass.getName();
 獲取類名: mailClass.getSimpleName();
 範例化: userClass.getDeclaredConstructor().newInstance();

更加詳細Class類獲取參考如下：

方法	用途
forName()	(1)獲取Class物件的一個參照，但參照的類還沒有載入(該類的第一個物件沒有生成)就載入了這個類。 (2)為了產生Class參照，forName()立即就進行了初始化。
Object-getClass()	獲取Class物件的一個參照，返回表示該物件的實際型別的Class參照。
getName()	取全限定的類名(包括包名)，即類的完整名字。 getSimpleName() 獲取類名(不包括包名)
getCanonicalName()	獲取全限定的類名(包括包名)
isInterface()	判斷Class物件是否是表示一個介面
getInterfaces()	返回Class物件陣列，表示Class物件所參照的類所實現的所有介面。
getSupercalss()	返回Class物件，表示Class物件所參照的類所繼承的直接基礎類別。應用該方法可在執行時發現一個物件完整的繼承結構。
newInstance()	返回一個Oject物件，是實現「虛擬構造器」的一種途徑。使用該方法建立的類，必須帶有無參的構造器。

2.3 獲取類的成員變數的資訊

Field[] fields = _class.getDeclaredFields();

更加詳細成員變數獲取參考如下：

方法	用途
getField(String name)	獲得某個公有的屬性物件
getFields()	獲取所有的公有的屬性物件
getDeclaredField(String name)	獲得某個屬性物件（public和非public）
getDeclaredFields()	獲得所有屬性物件（public和非public）

2.4 獲得類方法

Method[] methods = _class.getDeclaredMethods();

更加詳細方法獲取參考如下：

方法	用途
getMethod(String name, Class...<?> paramerterTypes)	獲得某個公有的方法物件
getMethods()	獲取所有的公有的方法物件
getDeclaredMethod(String name, Class...<?> paramerterTypes)	獲得對應類下某個方法（public和非public）
getDeclaredMethods()	獲得對應類下所有方法（public和非public）

2.5 獲得建構函式

Constructor[] constructors = _class.getDeclaredConstructors();

更加詳細建構函式獲取參考如下：

方法	用途
getConstructor(Class...<?> paramerterTypes)	獲得該類中與引數型別匹配的公有構造方法
getConstructors()	獲取該類的所有公有構造方法
getDeclaredConstructor(Class...<?> paramerterTypes)	獲得該類中與引數型別匹配的構造方法
getDeclaredConstructors()	獲取該類的所有構造方法

這樣通過反射就可以做在執行時獲取類的完整構造，並獲得類資訊了。

類名	用途
Class類	代表類的實體，在執行的Java應用程式中表示類和介面
Field類	代表類的成員變數（即類的屬性）
Method類	代表類的方法
Constructor類	代表類別建構函式

通過上面的幾個範例我們基本瞭解了反射的使用，但這僅僅是使用，我們還需深入理解反射背後的底層實現原理。

3 反射原理分析

3.1 反射的呼叫流程

1、編寫完Java專案之後，java檔案都會被編譯成一個.class檔案
2、這些class檔案在程式執行時會被ClassLoader載入到JVM中，當一個類被載入以後，JVM就會在記憶體中自動產生一個Class物件。
3、通過Class物件獲取 Field（屬性）、Method（方法）、Construcor（建構函式）
我們平時通過new的形式建立物件，本質上就是通過Class來建立個新物件

通過上面的流程我們可以看出反射的優勢：

動態裝配

我們的程式在執行時，可能不一定會用到所有我們編寫和構建的類，這樣避免啟動時間太長並且浪費大量無用的機器資源。
取而代之的是動態的載入一些類，這些類可能之前用不到所以不用載入到jvm，而是在執行時根據需要才載入。

降低耦合
如果你在使用new時明確的指定類名，那這就是典型的寫死實現，而在使用反射的時候，可以只傳入類名引數，就可以生成物件，降低了耦合度，使得程式更具靈性。

完整的呼叫流程，圖片來自網上，比較模糊，後續再補一個

3.2 反射的應用場景

框架設計：許多框架，如Spring，Hibernate，mybatis，dubbo，rocketmq等，都大量使用了反射來實現物件的自動裝配，動態代理等功能。
單元測試：單元測試框架（如JUnit）會使用反射來呼叫被註解的方法。
外掛化：為了實現外掛化，可以通過反射載入不同的外掛。
物件序列化與反序列化：在物件進行序列化和反序列化的時候，會使用反射獲取到物件的所有屬性和方法。
動態設定、動態代理：通過反射去讀取設定，以及代理請求

4 反射經典案例解析

以下案例來自百度文心一言大模型自動生成，已偵錯通過。

import java.lang.reflect.Method;  
  
public class ReflectionExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        try {  
            // 獲取目標類的Class物件  
            Class<?> targetClass = Class.forName("java.util.ArrayList");  
  
            // 獲取目標類的所有公共方法  
            Method[] methods = targetClass.getMethods();  
  
            // 遍歷所有方法並列印方法名  
            for (Method method : methods) {  
                System.out.println(method.getName());  
            }  
  
            // 獲取特定方法，比如新增元素的add方法  
            Method addMethod = targetClass.getMethod("add", Object.class);  
  
            // 建立目標類的範例物件  
            Object targetObject = targetClass.newInstance();  
  
            // 呼叫add方法新增元素  
            addMethod.invoke(targetObject, "Hello, World!");  
  
            // 獲取目標類的所有屬性（欄位）並列印屬性名  
            Field[] fields = targetClass.getDeclaredFields();  
            for (Field field : fields) {  
                System.out.println(field.getName());  
            }  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
}

這個案例展示瞭如何使用反射來獲取目標類的Class物件，獲取並列印目標類的所有公共方法，獲取特定方法，建立目標類的範例物件，呼叫目標類的方法，以及獲取並列印目標類的所有屬性（欄位）。

總結

無論是那種語言體系（C#、Java等等），反射都是必不可少的一個技術特徵。而從Java體系來說，很多常用的技術框架或多或少都使用到了反射技術，比如Spring、MyBatis、RocketMQ、FastJson 等等。
學習好Java 反射技術能幫助你更好的理解底層呼叫的原理，也有助於設計更加輕巧、高內聚、低耦合的業務框架。

Java核心知識體系5：反射機制詳解