Java 反射机制原理

了解一下Java的反射机制。

反射的概念

反射的概念是由Smith在1982年首次提出的，主要是指程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。这一概念的提 出很快引发了计算机科学领域关于应用反射性的研究。它首先被程序语言的设计领域所采用,并在Lisp和面向对象方面取得了成绩。其中 LEAD/LEAD++ 、OpenC++ 、MetaXa和OpenJava等就是基于反射机制的语言。最近，反射机制也被应用到了视窗系统、操作系统和文件系统中。

反射本身并不 是一个新概念，尽管计算机科学赋予了反射概念新的含义。在计算机科学领域，反射是指一类应用，它们能够自描述和自控制。也就是说，这类应用通过采用某种机 制来实现对自己行为的描述（self-representation）和监测（examination），并能根据自身行为的状态和结果，调整或修改应用 所描述行为的状态和相关的语义。

Java中的类反射：

Reflection 是 Java 程序开发语言的特征之一，它允许运行中的 Java 程序对自身进行检查，或者说“自审”，并能直接操作程序的内部属性和方法。Java 的这一能力在实际应用中用得不是很多，但是在其它的程序设计语言中根本就不存在这一特性。例如，Pascal、C 或者 C++ 中就没有办法在程序中获得函数定义相关的信息。

Reflection 是 Java 被视为动态（或准动态）语言的关键，允许程序于执行期 Reflection APIs 取得任何已知名称之 class 的內部信息，包括 package、type parameters、superclass、implemented interfaces、inner classes, outer class, fields、constructors、methods、modifiers，並可于执行期生成instances、变更
fields 內容或唤起 methods。

Java类反射中所必须的类

Java的类反射所需要的类并不多，它们分别是：Field、Constructor、Method、Class、Object，下面我将对这些类做一个简单的说明。

Field类：提供有关类或接口的属性的信息，以及对它的动态访问权限。反射的字段可能是一个类（静态）属性或实例属性，简单的理解可以把它看成一个封装反射类的属性的类。

Constructor类：提供关于类的单个构造方法的信息以及对它的访问权限。这个类和Field类不同，Field类封装了反射类的属性，而Constructor类则封装了反射类的构造方法。

Method类：提供关于类或接口上单独某个方法的信息。所反映的方法可能是类方法或实例方法（包括抽象方法）。 这个类不难理解，它是用来封装反射类方法的一个类。

Class类：类的实例表示正在运行的 Java 应用程序中的类和接口。枚举是一种类，注释是一种接口。每个数组属于被映射为 Class 对象的一个类，所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该 Class 对象。

Object类：每个类都使用 Object 作为超类。所有对象（包括数组）都实现这个类的方法。

反射的功能

获取一个对象的类信息.

获取一个类的访问修饰符、成员、方法、构造方法以及超类的信息.

调用一个类或者实例的方法。

检获属于一个接口的常量和方法声明.

创建一个直到程序运行期间才知道名字的类的实例.

获取并设置一个对象的成员，甚至这个成员的名字是在程序运行期间才知道.

检测一个在运行期间才知道名字的对象的方法

反射实现

class对象存放在Java堆中，每个class都需要被相应的类加载器加载。类要想使用，必须用类加载器加载，所以需要加载器。反射机制，不是每次都去重新反射，而是提供了cache，每次都会需要类加载器去自己的cache中查找，如果可以查到，则直接返回该类。

Jvm如何通过类加载器加载类呢？类加载器分为BootStrap Class Loader(引导类加载器)，Extensions Class Loader (扩展类加载器),App
ClassLoader(或System Class Loader)，以及Custom ClassLoader(用户自定义类加载器)。其加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载就视为已加载此类，保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。

在forName方法中，调用了ClassLoader.loadClass方法来完成类的反射。根据类加载器的特殊性，流程如下：



先检查自己是否已经加载过该类，如果加载过，则直接返回该类，若没有则调用父类的loadClass方法，如果父类中没有，则执行findClass方法去尝试加载此类，也就是我们通常所理解的片面的"反射"了。这个过程主要通过ClassLoader.defineClass方法来完成。defineClass
方法将一个字节数组转换为 Class 类的实例（任何类的对象都是Class类的对象）。简单说，在运行期间，如果我们要产生某个类的对象，Java虚拟机（JVM）会检查该类型的Class对象是否已被加载。如果没有被加载，JVM会根据类的名称找到.class文件并加载它。一旦某个类型的Class对象已被加载到内存，就可以用它来产生该类型的所有对象。