Java 反射

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目录

什么是反射？

获取 Class 对象

反射的使用

反射相关的类

使用反射创建对象

反射构造方法

反射属性

反射方法 

反射的优缺点

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什么是反射？

反射（reflection）是 Java 中的一项特性，它允许程序 在运行时 查询和操作类的信息。即，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，都能调用它的任意方法和属性。获取到方法和属性后，就可以对其进行修改。这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能也就是Java的反射机制

Java文件被编译后，生成了 .class 文件，此时，JVM 就需要解读 .class 文件，.class 文件被 JVM 解析成一个对象，这个对象就是 java.lang.Class。因此，程序在运行时，每个Java文件最终都变成了 Class 类对象的一个实例

通过Java的反射机制，就可以获取甚至修改这个类的属性和动作，使这个类成为一个动态的类

获取 Class 对象

要使用反射机制，我们首先要拿到需要使用反射的类的 Class 对象，然后使用 Class 对象的方法，从而达到反射的目的

需要反射的类：

public class Student {
    // 私有属性 id
    private int id = 1;
    // 公有属性 name
    public String name = "张三";
    
    public Student(){}
    
    private Student(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
    
    // 公有方法
    public void method1() {
        System.out.println("method1... ");
    }
    
    // 私有方法
    private int method2(int a, int b) {
        System.out.println("method2...");
        return a + b;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

（1）可以使用静态方法 Class.forName() 来获取 Class 对象

传递的参数 className 为类的全路径名，因此这种方式适用于已经确定了全路径名的类， ClassNotFoundException 为受查异常，需要进行处理

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. Class.forName()
        try {
            Class<?> studentClass = Class.forName("Student");
            System.out.println(studentClass);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

（2） 通过 类名.class 获取 Class 对象

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 2. 类名.class
        Class<?> studentClass2 = Student.class;
        System.out.println(studentClass2);
    }
}

若在编译之前就已经明确了要操作的类，就可以使用 类名.class 的方式获取 Class 对象 

（3）使用类对象的 getClass() 方法

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 3. 对象.getClass()
        Student student = new Student();
        Class<?> studentClass3 = student.getClass();
        System.out.println(studentClass3);
    }
}

 要使用类对象的 getClass() 方法获取 Class 对象，需要先创建类对象

那么，每次获取的 Class 对象是同一个吗？

我们来测试一下： 

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. Class.forName()
        Class<?> studentClass = null;
        try {
            studentClass = Class.forName("Student");
            System.out.println(studentClass);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        // 2. 类名.class
        Class<?> studentClass2 = Student.class;
        System.out.println(studentClass2);

        // 3. 对象.getClass()
        Student student = new Student();
        Class<?> studentClass3 = student.getClass();
        System.out.println(studentClass3);

        System.out.println(studentClass.equals(studentClass2));
        System.out.println(studentClass.equals(studentClass3));
        System.out.println(studentClass2.equals(studentClass3));
    }
}

 运行结果：

一个类在 JVM 中只会有一个 Class 实例，因此，获取的 Class 对象是同一个

获取到 Class 对象后，我们就来对类中的方法和属性进行调用和修改

反射的使用

要使用反射，我们首先来了解与反射相关的类

反射相关的类

类名	用途
Class 类	代表类的实体，在运行的Java应用程序中表示类和接口
Field 类	代表类的成员变量/类的属性
Method 类	代表类的方法
Constructor 类	代表类的构造方法

Class 位于 java.lang 包下，而 Field、Method、Constructor 都位于 java.lang.reflect 包下

使用反射创建对象

Class 类中获取类相关的方法：`

方法	用途
ClassLoader getClassLoader()	获得类的加载器
Class<?>[] getDeclaredClasses()	返回一个数组，数组中包含该类中的所有类和接口类对象（包括私有的）
static Class<?> forName(String className)	根据类名返回类的对象
T newInstance()	创建类的实例
String getName()	获得类的完整路径名称

使用 newInstance() 方法来创建 Student 类的实例： 

    public static void reflectNewInstance() {
        Class<?> studentClass = null;
        try {
            studentClass = Class.forName("Student");
            Student student = (Student) studentClass.newInstance();
            System.out.println(student);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        reflectNewInstance();
    }

运行结果：

 

反射构造方法

Class 类中获得构造器相关方法：

方法	用途
Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)	获得该类中与参数类型匹配的公有构造方法
Constructor<?>[] getConstructors()	获得该类的所有公有构造方法
Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes)	获得该类中与参数类型匹配的构造方法
Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()	获得该类的所有构造方法

通过 getConstructor 获取公有的无参构造方法：

    // 反射公有构造方法
    public static void reflectPublicConstructor() {
        Class<?> studentClass = null;
        try {
            studentClass = Class.forName("Student");
            // 公有构造方法
            Constructor<?> constructor = studentClass.getConstructor();
            // 创建对象
            Student student = (Student) constructor.newInstance();
            System.out.println(student);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        reflectPublicConstructor();
    }

 运行结果：

接下来，我们反射私有的构造方法：

使用 getDeclaredConstructor 可以获得该类中与参数类型匹配的构造方法（包括私有的）

私有的构造方法中带有两个参数 id 和 name，在获取时，需要传递参数类型

   // 反射私有构造方法
    public static void reflectPrivateConstructor() {
        Class<?> studentClass = null;
        try {
            studentClass = Class.forName("Student");
            // 私有构造方法
            Constructor<?> constructor = studentClass.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
            // 创建对象
            Student student = (Student) constructor.newInstance(2, "李四");
            System.out.println(student);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        reflectPrivateConstructor();
    }

运行结果：

此时程序抛出了 IllegalAccessException 异常，为什么呢？

这是因为，在默认情况下，Java的访问控制机制会阻止对私有成员的直接访问，若想要访问私有字段和方法，需要使用 setAccessible(true) 进行设置 ，确认允许在运行时修改和访问私有成员

再次运行：

 

成功使用私有构造方法创建出 Student 对象

反射属性

Class 类中获取类属性相关方法：

方法	用途
Field getField(String name)	获得某个公有的属性对象
Field[] getFields()	获得所有公有的属性对象
Field getDeclaredField(String name)	获得某个属性对象
Field[] getDeclaredFields()	获得所有属性对象

使用 getField(String name) 方法可以获得对象的公有属性对象，而使用 getDeclaredField(String name) 可以获得对象任意权限的属性对象（包括私有的）

我们使用 getDeclaredField(String name) 来获取 Student 的私有属性 id 并使用 Field 类中的 set 方法对其进行修改： 

    // 反射属性
    public static void reflectField() {
        Class<?> studentClass = null;
        try {
            studentClass = Class.forName("Student");
            // 获取私有属性
            Field field = studentClass.getDeclaredField("id");
            // 修改访问权限
            field.setAccessible(true);
            Student student = new Student();
            // 修改对象的私有属性值
            System.out.println(student);
            field.set(student, 5);
            System.out.println(student);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        reflectField();
    }

同样的，由于要修改私有的属性，因此需要使用 setAccessible(true) 确认允许在运行时修改和访问私有属性

反射方法 

Class 类中获取类方法相关方法：

方法	用途
Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)	获得该类某个公有的方法
Method[] getMethods()	获得该类的所有公有方法
Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)	获取该类的某个方法
Method[] getDeclaredMethods()	获得该类所有方法

在获取类的方法时，需要传入方法的名称 以及 方法的参数类型

使用 getDeclaredMethod 方法获取私有方法，并使用 Mehod 类中的 invoke 方法调用私有方法：

    // 反射方法
    public static void reflectMethod() {
        Class<?> studentClass = null;
        try {
            studentClass = Class.forName("Student");
            // 获取私有方法
            Method method = studentClass.getDeclaredMethod("method2", int.class, int.class);
            // 修改访问权限
            method.setAccessible(true);
            Student student = new Student();
            // 调用私有方法
            System.out.println(method.invoke(student, 2, 3));

        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        reflectMethod();
    }

运行结果： 

反射的优缺点

优点：

（1）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，都能调用它的所有方法和属性

（2）增加了程序的灵活性和扩展性，降低了耦合性，提高自适应能力

（3）许多Java框架（如Spring、Hibernate）利用反射来实现依赖注入、对象关系映射等功能

缺点：

（1）反射操作相比于直接的方法调用和字段访问，速度较慢，因为它涉及到动态查找

（2）反射可以访问和修改私有成员，可能会导致安全隐患，破坏封装性

（3）使用反射的代码通常不如直接代码易读，增加了理解和维护的难度

（4）反射绕过了编译时类型检查，可能导致运行时错误，降低了程序的安全性

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