详解Java反射机制

前言

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，并能直接操作程序的内部属性和方法。主要有两种方式：一种是“传统的”RTTI，它假定我们在编译时已经知道了所有的类型；另一种是“反射”机制，它允许我们在运行时发现和使用类的信息。

本篇就让我们深入了解下 Java 的反射技术，共同探究 java 程序的运行机制。

反射的概念和原理

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。通俗地讲，一提到反射，我们就可以想到镜子。镜子可以明明白白地照出我是谁，还可以照出别人是谁。反映到程序中，反射就是用来让开发者知道这个类中有什么成员，以及别的类中有什么成员。

为什么要有反射

有人可能会疑惑，Java 已经有了封装为什么还要有反射呢？反射看起来会破坏封装性。甚至让私有变量都可以被外部访问到，使得类变得不那么安全了。

反射主要应用在以下几方面：

1. 开发通用框架：像 Spring，为了保持通用性，通过配置文件来加载不同的对象，调用不同的方法。
2. 动态代理：在面向切面编程中，需要拦截特定的方法，就会选择动态代理的方式，而动态代理的底层技术就是反射。
3. 注解：注解本身只是起到一个标记符的作用，它需要利用发射机制，根据标记符去执行特定的行为。

反射 API

Java 类的成员包括以下三类：属性字段、构造函数、方法。反射的 API 也是与这几个成员相关：

Field 类：提供有关类的属性信息，以及对它的动态访问权限。它是一个封装反射类的属性的类。

Constructor 类：提供有关类的构造方法的信息，以及对它的动态访问权限。它是一个封装反射类的构造方法的类。
Method 类：提供关于类的方法的信息，包括抽象方法。它是用来封装反射类方法的一个类。

Class 类：表示正在运行的 Java 应用程序中的类的实例。

Object 类：Object 是所有 Java 类的父类。所有对象都默认实现了 Object 类的方法。

接下来，我们通过一个典型的例子来学习反射。先做准备工作，新建 com.test.reflection 包，在此包中新建一个 Student 类：

package com.test.reflection;

public class Student {

    private String studentName;
    public int studentAge;

    public Student() {
    }

    private Student(String studentName) {
        this.studentName = studentName;
    }

    public void setStudentAge(int studentAge) {
        this.studentAge = studentAge;
    }

    private String show(String message) {
        System.out.println("show: " + studentName + "," + studentAge + "," + message);
        return "testReturnValue";
    }
}

图中可以看出，Student 类中有两个字段、两个构造方法、两个函数，且都是一个私有，一个公有。由此可知，这个测试类基本涵盖了我们平时常用的所有类成员。

获取Class对象的方法

1)通过类名创建Class对象

Class clz = Class.forName("java.lang.String");

2)通过类的实例对象的getClass()方法获取Class对象

String s = new String();
Class clz = s.getClass();

3)通过类的.class属性获取Class对象

Class clz = int.class;

实践

让我们实际写个代码例子:

// 1.通过字符串获取Class对象，这个字符串必须带上完整路径名
Class studentClass = Class.forName("com.test.reflection.Student");
// 2.获取声明的构造方法，传入所需参数的类名，如果有多个参数，用','连接即可
Constructor studentConstructor = studentClass.getDeclaredConstructor(String.class);
// 如果是私有的构造方法，需要调用下面这一行代码使其可使用，公有的构造方法则不需要下面这一行代码
studentConstructor.setAccessible(true);
// 使用构造方法的newInstance方法创建对象，传入构造方法所需参数，如果有多个参数，用','连接即可
Object student = studentConstructor.newInstance("NameA");
// 3.获取声明的字段，传入字段名
Field studentAgeField = studentClass.getDeclaredField("studentAge");
// 如果是私有的字段，需要调用下面这一行代码使其可使用，公有的字段则不需要下面这一行代码
// studentAgeField.setAccessible(true);
// 使用字段的set方法设置字段值，传入此对象以及参数值
studentAgeField.set(student,10);
// 4.获取声明的函数，传入所需参数的类名，如果有多个参数，用','连接即可
Method studentShowMethod = studentClass.getDeclaredMethod("show",String.class);
// 如果是私有的函数，需要调用下面这一行代码使其可使用，公有的函数则不需要下面这一行代码
studentShowMethod.setAccessible(true);
// 使用函数的invoke方法调用此函数，传入此对象以及函数所需参数，如果有多个参数，用','连接即可。函数会返回一个Object对象，使用强制类型转换转成实际类型即可
Object result = studentShowMethod.invoke(student,"message");
System.out.println("result: " + result);

以上代码逻辑梳理如下：

• 先用第一种全路径获取 Class 的方法获取到了 Student 的 Class 对象
• 然后反射调用它的私有构造方法 private Student(String studentName)，构建出 newInstance
• 再将其公有字段 studentAge 设置为 10
• 最后反射调用其私有方法 show，传入参数 “message”，并打印出这个方法的返回值。

其中，setAccessible 函数用于动态获取访问权限，Constructor、Field、Method 都提供了此方法，让我们得以访问类中的私有成员。

反射的优缺点

• 优点：自由，使用灵活，不受类的访问权限限制。可以根据指定类名、方法名来实现方法调用，非常适合实现业务的灵活配置。
• 缺点：

1. 正因为反射不受类的访问权限限制，其安全性低，很大部分的java安全问题都是反射导致的。
2. 相对于正常的对象的访问调用，反射因为存在类和方法的实例化过程，性能也相对较低
3. 破坏java类封装性，类的信息隐藏性和边界被破坏

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