反射是 Java 面試中必問的面試題，但只有很少人能真正的理解“反射”并講明白反射，更別說能說清楚它的底層實現原理了。所以本文就通過大白話的方式來系統的講解一下反射，希望大家看完之后能真正的理解并掌握“反射”這項技術。

1.什么是反射？

反射在程序運行期間動態獲取類和操縱類的一種技術。通過反射機制，可以在運行時動態地創建對象、調用方法、訪問和修改屬性，以及獲取類的信息。

2.反射的應用有哪些？

反射在日常開發中使用的地方有很多，例如以下幾個：

1. 動態代理：反射是動態代理的底層實現，即在運行時動態地創建代理對象，并攔截和增強方法調用。這常用于實現 AOP 功能，如日志記錄、事務管理等。
2. Bean 創建：Spring/Spring Boot 項目中，在項目啟動時，創建的 Bean 對象就是通過反射來實現的。
3. JDBC 連接：JDBC 中的 DriverManager 類通過反射加載并注冊數據庫驅動，這是 Java 數據庫連接的標準做法。

3.反射實現

反射的關鍵實現方法有以下幾個：

1. 得到類：Class.forName("類名")
2. 得到所有字段：getDeclaredFields()
3. 得到所有方法：getDeclaredMethods()
4. 得到構造方法：getDeclaredConstructor()
5. 得到實例：newInstance()
6. 調用方法：invoke()

具體使用示例如下：

// 1.反射得到對象
Class<?> clazz = Class.forName("User");
// 2.得到方法
Method method = clazz.getDeclaredMethod("publicMethod");
// 3.得到靜態方法
Method staticMethod = clazz.getDeclaredMethod("staticMethod");
// 4.執行靜態方法
staticMethod.invoke(clazz);

反射執行私有方法代碼實現如下：

// 1.反射得到對象
Class<?> clazz = Class.forName("User");
// 2.得到私有方法
Method privateMethod = clazz.getDeclaredMethod("privateMethod");
// 3.設置私有方法可訪問
privateMethod.setAccessible(true);
// 4.得到實例
Object user = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
// 5.執行私有方法
privateMethod.invoke(user);

4.底層實現原理

從上述內容可以看出，對于反射來說，操縱類最主要的方法是 invoke，所以搞懂了 invoke 方法的實現，也就搞定了反射的底層實現原理了。

invoke 方法的執行流程如下：

1. 查找方法：當通過 java.lang.reflect.Method 對象調用 invoke 方法時，Java 虛擬機（JVM）首先確認該方法是否存在并可以訪問。這包括檢查方法的訪問權限、方法簽名是否匹配等。
2. 安全檢查：如果方法是私有的或受保護的，還需要進行訪問權限的安全檢查。如果當前調用者沒有足夠的權限訪問這個方法，將拋出 IllegalAccessException。
3. 參數轉換和適配：invoke 方法接受一個對象實例和一組參數，需要將這些參數轉換成對應方法簽名所需要的類型，并且進行必要的類型檢查和裝箱拆箱操作。
4. 方法調用：對于非私有方法，Java 反射實際上是通過 JNI（Java Native Interface，Java 本地接口）調用到 JVM 內部的 native 方法，例如 java.lang.reflect.Method.invoke0()。這個 native 方法負責完成真正的動態方法調用。對于 Java 方法，JVM 會通過方法表、虛方法表（vtable）進行查找和調用；對于非虛方法或者靜態方法，JVM 會直接調用相應的方法實現。
5. 異常處理：在執行方法的過程中，如果出現任何異常，JVM 會捕獲并將異常包裝成 InvocationTargetException 拋出，應用程序可以通過這個異常獲取到原始異常信息。
6. 返回結果：如果方法正常執行完畢，invoke 方法會返回方法的執行結果，或者如果方法返回類型是 void，則不返回任何值。

通過這種方式，Java 反射的 invoke 方法能夠打破編譯時的綁定，實現運行時動態調用對象的方法，提供了極大的靈活性，但也帶來了運行時性能損耗和安全隱患（如破壞封裝性、違反訪問控制等）。

5.優缺點分析

反射的優點如下：

1. 靈活性：使用反射可以在運行時動態加載類，而不需要在編譯時就將類加載到程序中。這對于需要動態擴展程序功能的情況非常有用。
2. 可擴展性：使用反射可以使程序更加靈活和可擴展，同時也可以提高程序的可維護性和可測試性。
3. 實現更多功能：許多框架都使用反射來實現自動化配置和依賴注入等功能。例如，Spring 框架就使用反射來實現依賴注入。

反射的缺點如下：

1. 性能問題：使用反射會帶來一定的性能問題，因為反射需要在運行時動態獲取類的信息，這比在編譯時就獲取信息要慢。
2. 安全問題：使用反射可以訪問和修改類的字段和方法，這可能會導致安全問題。因此，在使用反射時需要格外小心，確保不會對程序的安全性造成影響。

課后思考

為什么反射的執行效率比較低？動態代理的實現除了反射之外，還有沒有其他的實現方法？

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