一个反射问住一大堆人

点击蓝色字免费订阅，每天收到这样的好信息

单单是问反射有什么用，其实最常用的就两个：

• 根据类名创建实例（类名可以从配置文件读取，不用new，达到解耦）

• 用Method.invoke执行方法

但是这些其实不难理解，难的是反射本身。如果有兴趣可以往下看：

由于反射本身确实抽象（说是Java中最抽象的概念也不为过），所以我当初写作时也用了大量的比喻。但是比喻有时会让答案偏离得更远。前阵子看了些讲设计模式的文章，把比喻都用坏了。有时理解比喻，竟然要比理解设计模式本身还费劲...那就南辕北辙了。所以，这一次，能不用比喻就尽量不用，争取用最实在的代码去解释。

主要内容：

• JVM是如何构建一个实例的

• .class文件

• 类加载器

• Class类

• 反射API

 

---

 

JVM是如何构建一个实例的

下文我会使用的名词及其对应关系

• 内存：即JVM内存，栈、堆、方法区啥的都是JVM内存，只是人为划分

• .class文件：就是所谓的字节码文件，这里称.class文件，直观些

假设main方法中有以下代码：

 Person p = new Person();

很多初学者会以为整个创建对象的过程是下面这样的

 javac Person.java java Person

 

 

不能说错，但是粗糙了一点。

稍微细致一点的过程可以是下面这样的

 

 

通过new创建实例和反射创建实例，都绕不开Class对象。

 

---

 

.class文件

有人用编辑器打开.class文件看过吗？

比如我现在写一个类

 

 

用vim命令打开.class文件，以16进制显示就是下面这副鬼样子：

 

 

在计算机中，任何东西底层保存的形式都是0101代码。

.java源码是给人类读的，而.class字节码是给计算机读的。根据不同的解读规则，可以产生不同的意思。就好比“这周日你有空吗”，合适的断句很重要。

同样的，JVM对.class文件也有一套自己的读取规则，不需要我们操心。总之，0101代码在它眼里的样子，和我们眼中的英文源码是一样的。

 

 

 

---

 

类加载器

在最开始复习对象创建过程时，我们了解到.class文件是由类加载器加载的。关于类加载器，如果掰开讲，是有很多门道的，可以看看

@请叫我程序猿大人

写的好怕怕的类加载器。但是核心方法只有loadClass()，告诉它需要加载的类名，它会帮你加载：

 

 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // 首先，检查是否已经加载该类 Class<?> c = findLoadedClass(name); if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); try { // 如果尚未加载，则遵循父优先的等级加载机制（所谓双亲委派机制） if (parent != null) { c = parent.loadClass(name, false); } else { c = findBootstrapClassOrNull(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { // ClassNotFoundException thrown if class not found // from the non-null parent class loader }  if (c == null) { // 模板方法模式：如果还是没有加载成功，调用findClass() long t1 = System.nanoTime(); c = findClass(name);  // this is the defining class loader; record the stats sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0); sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1); sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment(); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; } }  // 子类应该重写该方法 protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { throw new ClassNotFoundException(name); }

加载.class文件大致可以分为3个步骤：

1. 检查是否已经加载，有就直接返回，避免重复加载

2. 当前缓存中确实没有该类，那么遵循父优先加载机制，加载.class文件

3. 上面两步都失败了，调用findClass()方法加载

需要注意的是，ClassLoader类本身是抽象类，而抽象类是无法通过new创建对象的。所以它的findClass()方法写的很随意，直接抛了异常，反正你无法通过ClassLoader对象调用。也就是说，父类ClassLoader中的findClass()方法根本不会去加载.class文件。

正确的做法是，子类重写覆盖findClass()，在里面写自定义的加载逻辑。比如：

 @Overridepublic Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { try { /*自己另外写一个getClassData() 通过IO流从指定位置读取xxx.class文件得到字节数组*/ byte[] datas = getClassData(name); if(datas == null) { throw new ClassNotFoundException("类没有找到：" + name); } //调用类加载器本身的defineClass()方法，由字节码得到Class对象 return defineClass(name, datas, 0, datas.length); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); throw new ClassNotFoundException("类找不到：" + name); }}

defineClass()是ClassLoader定义的方法，目的是根据.class文件的字节数组byte[] b造出一个对应的Class对象。我们无法得知具体是如何实现的，因为最终它会调用一个native方法：

 

 

反正，目前我们关于类加载只需知道以下信息：

 

 

 

---

 

Class类

现在，.class文件被类加载器加载到内存中，并且JVM根据其字节数组创建了对应的Class对象。所以，我们来研究一下Class对象。

Class对象是Class类的实例，我们将在这一小节一步步分析Class类的结构。

但是，在看源码之前，我想问问聪明的各位，如果你是JDK源码设计者，你会如何设计Class类？

假设现在有个BaseDto类

 

 

上面类至少包括以下信息（按顺序）：

• 权限修饰符

• 类名

• 参数化类型（泛型信息）

• 接口

• 注解

• 字段（重点）

• 构造器（重点）

• 方法（重点）

最终这些信息在.class文件中都会以0101表示：

 

 

整个.class文件最终都成为字节数组byte[] b，里面的构造器、方法等各个“组件”，其实也是字节。

所以，我猜Class类的字段至少是这样的：

 

 

好了，看一下源码是不是如我所料：

 

字段、方法、构造器对象

注解数据

泛型信息

 

等等。

而且，针对字段、方法、构造器，因为信息量太大了，JDK还单独写了三个类，比如Method类：

 

 

也就是说，Class类准备了很多字段用来表示一个.class文件的信息，对于字段、方法、构造器等，为了更详细地描述这些重要信息，还写了三个类，每个类里面都有很详细的对应。

 

 

也就是说，原本UserController类中所有信息，都被“解构”后保存在Class类、Method类等的字段中。

大概了解完Class类的字段后，我们看看Class类的方法。

 

• 构造器

 

 

可以发现，Class类的构造器是私有的，我们无法手动new一个Class对象，只能由JVM创建。JVM在构造Class对象时，需要传入一个类加载器，然后才有我们上面分析的一连串加载、创建过程。

 

• Class.forName()方法

 

 

反正还是类加载器去搞呗。

 

• newInstance()

 

 

也就是说，newInstance()底层就是调用无参构造对象的newInstance()。

所以，本质上Class对象要想创建实例，其实都是通过构造器对象。如果没有空参构造对象，就无法使用clazz.newInstance()，必须要获取其他有参的构造对象然后调用构造对象的newInstance()。

 

---

 

反射API

没啥好说的，在日常开发中反射最终目的主要两个：

• 创建实例

• 反射调用方法

创建实例的难点在于，很多人不知道clazz.newInstance()底层还是调用Contructor对象的newInstance()。所以，要想调用clazz.newInstance()，必须保证编写类的时候有个无参构造。

 

反射调用方法的难点，有两个，初学者可能会不理解。

再此之前，先来理清楚Class、Field、Method、Constructor四个对象的关系：

 

 

Field、Method、Constructor对象内部有对字段、方法、构造器更详细的描述：

 

 

OK，理清关系后我们继续来看看反射调用方法时的两个难点。

 

• 难点一：为什么根据Class对象获取Method时，需要传入方法名+参数的Class类型

 

 

为什么要传name和ParameterType？

因为.class文件中有多个方法，比如

 

 

所以必须传入name，以方法名区分哪个方法，得到对应的Method。

那参数parameterTypes为什么要用Class类型，我想和调用方法时一样直接传变量名不行吗，比如userName， age。

答案是：我们无法根据变量名区分方法

 User getUser(String userName, int age); User getUser(String mingzi, int nianling);

这不叫重载，这就是同一个方法。只能根据参数类型。

我知道，你还会问：变量名不行，那我能不能传String, int。

不好意思，这些都是基本类型和引用类型，类型不能用来传递。我们能传递的要么值，要么对象（引用）。而String.class, int.class是对象，且是Class对象。

实际上，调用Class对象的getMethod()方法时，内部会循环遍历所有Method，然后根据方法名和参数类型匹配唯一的Method返回。

 

循环遍历所有Method，根据name和parameterType匹配

 

 

难点二：调用method.invoke(obj, args);时为什么要传入一个目标对象？

上面分析过，.class文件通过IO被加载到内存后，JDK创造了至少四个对象：Class、Field、Method、Constructor，这些对象其实都是0101010的抽象表示。

以Method对象为例，它到底是什么，怎么来的？我们上面已经分析过，Method对象有好多字段，比如name（方法名），returnType（返回值类型）等。也就是说我们在.java文件中写的方法，被“解构”以后存入了Method对象中。所以对象本身是一个方法的映射，一个方法对应一个Method对象。

我在专栏的另一篇文章中讲过，对象的本质就是用来存储数据的。而方法作为一种行为描述，是所有对象共有的，不属于某个对象独有。比如现有两个Person实例

 Person p1 = new Person(); Person p2 = new Person();

对象 p1保存了"hst"和18，p2保存了"cxy"和20。但是不管是p1还是p2，都会有changeUser()，但是每个对象里面写一份太浪费。既然是共性行为，可以抽取出来，放在方法区共用。

但这又产生了一个棘手的问题，方法是共用的，JVM如何保证p1调用changeUser()时，changeUser()不会跑去把p2的数据改掉呢？

所以JVM设置了一种隐性机制，每次对象调用方法时，都会隐性传递当前调用该方法的对象参数，方法可以根据这个对象参数知道当前调用本方法的是哪个对象！

 

 

同样的，在反射调用方法时，本质还是希望方法处理数据，所以必须告诉它执行哪个对象的数据。

 

 

所以，把Method理解为方法执行指令吧，它更像是一个方法执行器，必须告诉它要执行的对象（数据）。

当然，如果是invoke一个静态方法，不需要传入具体的对象。因为静态方法并不能处理对象中保存的数据。

 

打油诗

 

我不在乎我的作品文章是被现在的人读还是由子孙后代来读。既然上帝花了六千年来等一位观察者，我可以花上一个世纪来等待读者。

 

 

往期推荐

 

 

spring 状态机

spring 状态机 （二）

mybatis用到的设计模式

jvm高级面试题(必须看)

MySQL索引实现原理分析

Spring中的用到的设计模式

SpringBoot 自动装配原理解析(一)

java 8 lambda表达式中的异常处理

spring @Async异步方法使用及原理说明

Spring 和 SpringBoot 之间到底有啥区别？

只需这10步，通过历史控制文件恢复数据库

让bug无处藏身，Java 线上问题排查思路、常用工具