Java中的反射

一、定义

Java的反射(reflection)机制是在运行状态中,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,都能够调用它的任意方法和属性,既然能拿到那么,我们就可以修改部分类型信息;这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射(reflection)机制。

二、用途

  1. 在日常的第三方应用开发过程中,经常会遇到某个类的某个成员变量、方法或是属性是私有的或是只对系统应用开放,这时候就可以利用Java的反射机制通过反射来获取所需的私有成员或是方法 。
  2. 反射最重要的用途就是开发各种通用框架,比如在spring中,我们将所有的类Bean交给spring容器管理,无论是XML配置Bean还是注解配置,当我们从容器中获取Bean来依赖注入时,容器会读取配置,而配置中给的就是类的信息,spring根据这些信息,需要创建那些Bean,spring就动态的创建这些类。

三、反射基本信息

Java程序中许多对象在运行时会出现两种类型:运行时类型(RTTI)和编译时类型,例如Person p = new Student();这句代码中p在编译时类型为Person,运行时类型为Student。程序需要在运行时发现对象和类的真实信息。而通过使用反射程序就能判断出该对象和类属于哪些类。

四、反射相关的类(重要)

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

4.1 Class类(反射机制的起源)

Class帮助文档
代表类的实体,在运行的Java应用程序中表示类和接口。
Java文件被编译后,生成了.class文件,JVM此时就要去解读.class文件,被编译后的Java文件.class也被JVM解析为一个对象,这个对象就是 java.lang.Class 。这样当程序在运行时,每个java文件就最终变成了Class类对象的一个实例。我们通过Java的反射机制应用到这个实例,就可以去获得甚至去添加改变这个类的属性和动作,使得这个类成为一个动态的类。

~ Class类中的相关方法

  • (重要) 常用获得类相关的方法
方法用途
getClassLoader()获得类的加载器
getDeclaredClasses()返回一个数组,数组中包含该类中所有类和接口类的对象(包括私有的)
forName(String className)根据类名返回类的对象
newInstance()创建类的实例
getName()获得类的完整路径名字
  • (重要) 常用获得类中属性相关的方法(以下方法返回值为Field相关)
方法用途
getField(String name)获得某个公有的属性对象
getFields()获得所有公有的属性对象
getDeclaredField(String name)获得某个属性对象
getDeclaredFields()获得所有属性对象
  • (重要) 获得类中构造器相关的方法(以下方法返回值为Constructor相关)
方法用途
getConstructor(Class…<?> parameterTypes)获得该类中与参数类型匹配的公有构造方法
getConstructors()获得该类的所有公有构造方法
getDeclaredConstructor(Class…<?> parameterTypes)获得该类中与参数类型匹配的构造方法
getDeclaredConstructors()获得该类所有构造方法
  • (重要) 获得类中方法相关的方法(以下方法返回值为Method相关)
方法用途
getMethod(String name, Class…<?> parameterTypes)获得该类某个公有的方法
getMethods()获得该类所有公有的方法
getDeclaredMethod(String name, Class…<?> parameterTypes)获得该类某个方法
getDeclaredMethods()获得该类所有方法
  • (了解)获得类中注解相关的方法
方法用途
getAnnotation(Class annotationClass)返回该类中与参数类型匹配的公有注解对象
getAnnotations()返回该类所有的公有注解对象
getDeclaredAnnotation(Class annotationClass)返回该类中与参数类型匹配的所有注解对象
getDeclaredAnnotations()返回该类所有的注解对象

4.2 反射示例

4.2.1 获得Class对象的三种方式

在反射之前,我们需要做的第一步就是先拿到当前需要反射的类的Class对象,然后通过Class对象的核心方法,达到反射的目的,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,都能够调用它的任意方法和属性,既然能拿到那么,我们就可以修改部分类型信息。

第一种, 使用 Class.forName(“类的全路径名”); 静态方法。
前提:已明确类的全路径名。
第二种, 使用 .class 方法。
说明:仅适合在编译前就已经明确要操作的 Class
第三种, 使用类对象的 getClass() 方法。

class Student{
	//私有属性name
	private String name = "bit";
	//公有属性age
	public int age = 18;
	//不带参数的构造方法
	public Student(){
		System.out.println("Student()");
	}
	private Student(String name,int age) {
		this.name = name;
		this.age = age;
		System.out.println("Student(String,name)");
	}
	private void eat(){
		System.out.println("i am eat");
	}
	public void sleep(){
		System.out.println("i am pig");
	}
	private void function(String str) {
		System.out.println(str);
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Student{" +
		"name='" + name + '\'' +
		", age=" + age +
		'}';
	}
}

public class TestDemo {
	public static void main(String[] args) {
		/*
		1.通过getClass获取Class对象
		*/
		Student s1 = new Student();
		Class c1 = s1.getClass();
		/*
		2.直接通过 类名.class 的方式得到,该方法最为安全可靠,程序性能更高
		这说明任何一个类都有一个隐含的静态成员变量 class
		*/
		Class c2 = Student.class;
		/*
		3、通过 Class 对象的 forName() 静态方法来获取,用的最多,
		但可能抛出 ClassNotFoundException 异常
		*/
		Class c3 = null;
		try {
			//注意这里是类的全路径,如果有包需要加包的路径
			c3 = Class.forName("Student");
		} catch (ClassNotFoundException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		//一个类在 JVM 中只会有一个 Class 实例,即我们对上面获取的
		//c1,c2,c3进行 equals 比较,发现都是true
		System.out.println(c1.equals(c2));
		System.out.println(c1.equals(c3));
		System.out.println(c2.equals(c3));
	}
}

4.2.2 反射的使用

通过相关方法来进行操作。
注意:所有和反射相关的包都在 import java.lang.reflect 包下面。

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

public class ReflectClassDemo {
	// 创建对象
	public static void reflectNewInstance() {
		try {
			Class<?> classStudent = Class.forName("Student");
			Object objectStudent = classStudent.newInstance();
			Student student = (Student) objectStudent;
			System.out.println("获得学生对象:"+student);
		} catch (Exception ex) {
			ex.printStackTrace();
		}
	}
	
	// 反射私有的构造方法 屏蔽内容为获得公有的构造方法
	public static void reflectPrivateConstructor() {
		try {
			Class<?> classStudent = Class.forName("Student");
			//注意传入对应的参数
			Constructor<?> declaredConstructorStudent = classStudent.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
			//Constructor<?> declaredConstructorStudent = classStudent.getConstructor();
			//设置为true后可修改访问权限
			declaredConstructorStudent.setAccessible(true);
			Object objectStudent = declaredConstructorStudent.newInstance("高博",15);
			//Object objectStudent = declaredConstructorStudent.newInstance();
			Student student = (Student) objectStudent;
			System.out.println("获得私有构造哈数且修改姓名和年龄:"+student);
		} catch (Exception ex) {
			ex.printStackTrace();
		}
	}

	// 反射私有属性
	public static void reflectPrivateField() {
		try {
			Class<?> classStudent = Class.forName("Student");
			Field field = classStudent.getDeclaredField("name");
			field.setAccessible(true);
			//可以修改该属性的值
			Object objectStudent = classStudent.newInstance();
			Student student = (Student) objectStudent;
			field.set(student,"小明");
			String name = (String) field.get(student);
			System.out.println("反射私有属性修改了name:"+ name);
		} catch (Exception ex) {
			ex.printStackTrace();
		}
	}

	// 反射私有方法
	public static void reflectPrivateMethod() {
		try {
			Class<?> classStudent = Class.forName("Student");
			Method methodStudent = classStudent.getDeclaredMethod("function",String.class);
			System.out.println("私有方法的方法名为:"+methodStudent.getName());
			//私有的一般都要加
			methodStudent.setAccessible(true);
			Object objectStudent = classStudent.newInstance();
			Student student = (Student) objectStudent;
			methodStudent.invoke(student,"我是给私有的function函数传的参数");
		} catch (Exception ex) {
			ex.printStackTrace();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		//reflectNewInstance();
		//reflectPrivateConstructor();
		//reflectPrivateField();
		reflectPrivateMethod();
	}
}

五、反射优点和缺点

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,都能够调用它的任意一个方法。
  2. 增加程序的灵活性和扩展性,降低耦合性,提高自适应能力。
  3. 反射已经运用在了很多流行框架如:Struts、Hibernate、Spring 等等。

缺点:

  1. 使用反射会有效率问题。会导致程序效率降低。具体参考这里
  2. 反射技术绕过了源代码的技术,因而会带来维护问题。反射代码比相应的直接代码更复杂。

六、重点总结

  1. 反射的意义。
  2. 反射重要的几个类: Class类 、Field类、 Method类、 Constructor类。
  3. 学会合理利用反射,一定要在安全环境下使用。
### Java反射机制的原理与用法 #### 一、Java反射机制的基本原理 Java反射机制允许程序在运行时动态地访问类的信息,包括类的字段、方法和构造函数等。这种能力的核心在于`Class`类[^1]。每当一个类被加载到JVM中时,都会为其创建一个对应的`Class`对象,该对象包含了这个类的所有元信息。 获取`Class`对象的方式主要有三种: 1. 使用`.class`语法:例如 `String.class`。 2. 调用对象的`getClass()`方法:例如 `obj.getClass()`。 3. 利用`Class.forName(String className)`静态方法:例如 `Class.forName("java.lang.String")`[^3]。 一旦获得了`Class`对象,就可以通过它来获取类的各种组件,比如字段(`Field`)、方法(`Method`)和构造器(`Constructor`)。 --- #### 二、Java反射机制的主要功能 ##### 1. 动态创建对象 通过反射可以不依赖于传统的`new`关键字,在运行时动态创建对象。以下是实现方式的一个例子: ```java // 获取Class对象 Class<?> clazz = Class.forName("com.example.MyClass"); // 创建实例 Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance(); ``` 这种方式特别适用于需要降低耦合度的场景,例如框架设计中的简单工厂模式优化[^3]。 ##### 2. 访问私有成员 即使某些字段或方法声明为`private`,也可以通过反射绕过访问控制修饰符进行访问。不过需要注意的是,默认情况下这些私有成员是不可见的,因此需要显式调用`setAccessible(true)`来改变其可访问状态[^2]。 下面是一个简单的演示代码片段: ```java import java.lang.reflect.Field; public class ReflectionExample { private String secret = "This is a secret"; public static void main(String[] args) throws Exception { ReflectionExample obj = new ReflectionExample(); Field field = obj.getClass().getDeclaredField("secret"); field.setAccessible(true); // 设置为可访问 System.out.println(field.get(obj)); // 输出秘密值 } } ``` ##### 3. 调用任意方法 无论是公有还是私有的方法都可以借助反射技术完成调用操作。这里给出一段示例代码用于说明这一过程: ```java import java.lang.reflect.Method; public class MethodReflection { private void sayHello(String name) { System.out.println("Hello, " + name); } public static void main(String[] args) throws Exception { MethodReflection mr = new MethodReflection(); Method method = mr.getClass().getDeclaredMethod("sayHello", String.class); method.setAccessible(true); method.invoke(mr, "World"); // 执行方法 } } ``` --- #### 三、性能考量 尽管反射非常强大,但它也伴随着一定的代价——主要是执行效率上的损失。这是因为反射打破了编译期间已知类型的约束,增加了额外的安全性和一致性检查工作量[^1]。所以在实际项目里应谨慎权衡利弊后再决定是否采用此手段解决问题。 --- #### 四、典型应用场景 - **框架开发**:像Spring这样的流行框架广泛运用了反射机制来进行IoC容器初始化等工作; - **调试工具**:许多现代IDE内置的功能(如断点跟踪)背后也是基于反射实现的; - **动态代理**:AOP编程模型下常用来增强目标业务逻辑的行为特性等等[^3]。 --- ### 结论 综上所述,虽然存在些许局限性,但毫无疑问Java反射是一项极其重要的技能点之一,掌握好它的理论基础及实践技巧无疑会对提升个人技术水平大有助益。
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