JAVA反射，反射机制

我会带着你远行 2024-03-30 10:25 69阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  一、反射是什么？
 *   *  定义
     *  用途
 *  二、反射的原理
 *  三、反射的优缺点
 *  四、反射机制的相关类
 *   *  Class类
     *  Field类
     *  Method类
     *  Constructor类
     *  获取Class类对象的三种方法
     *  反射常用类和方法
 *  总结

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## 一、反射是什么？ ##

### 定义 ###

**Java反射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。这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为Java语言的反射机制。本质是JVM得到class对象之后，再通过class对象进行反编译，从而获取对象的各种信息。**

### 用途 ###

1.  通过反射，Java 代码可以发现有关已加载类的字段，方法和构造函数的信息，并可以在安全限制内对这些字段，方法和构造函数进行操作。
2.  很多人都认为反射在实际Java中开发应用中并不广泛，其实不然。当我们在使用 IDE（如 IDEA/Eclipse）时，当我们输入一个对象或者类并调用它的属性和方法时，一按 (“.”)点号，编译器就会自动列出她的属性或方法，这里就会用到反射。
3.  反射最重要的用途就是开发各种通用框架  
    很多框架（比如 Spring）都是配置化的（比如Spring 通过 XML 配置模式装载 Bean），为了保证框架的通用性，他们可能根据配置文件加载不同的对象或类，调用不同的方法，这个时候就必须用到反射了，运行时动态加载需要加载的对象。

对于框架开发人员来说，反射作用非常大，它是各种容器实现的核心。而对于一般的开发者来说，不深入框架开发反射用的就会少一点，不过了解一下框架的底层机制有助于丰富自己的编程思想，也是很有益的。

*  Java反射框架提供以下功能：
    
     *  在运行时判定任意一个对象所属的类
     *  在运行时构造任意一个类的对象
     *  在运行时判定任意一个类所具有的成员变量和方法
     *  在运行时调用任意一个对象的方法

比如，加载数据库驱动的，用到的也是反射。

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); // 动态加载mysql驱动

## 二、反射的原理 ##

下图是类的正常加载过程、反射原理与class对象：  
Class对象的由来是将.class文件读入内存，并为之创建一个Class对象。  
![Java的反射][Java]

## 三、反射的优缺点 ##

*  **优点：**
    
     *  在运行时获得类的各种内容，进行反编译，对于Java这种先编译再运行的语言，能够让我们很方便的创建灵活的代码，这些代码可以在运行时装配，无需在组件之间进行源代码的链接，更加容易实现面向对象。
     *  使用反射机制，代码可以在运行时装配，提高了程序的灵活性和扩展性，降低耦合性，提高自适应能力。它允许程序创建和控制任何类的对象，无需硬编码目标类
 *  **缺点：**
    
     *  性能问题：使用反射基本上是一种解释操作，JVM无法对这些代码进行优化，因此，反射操作的效率要比那些非反射操作低得多。反射机制主要应用在对灵活性和扩展性要求很高的系统框架上，对性能要求高的程序中不建议使用
     *  安全限制：使用反射技术要求程序必须在一个没有安全限制的环境中运行
     *  内部暴露：由于反射允许代码执行一些在正常情况下不被允许的操作（比如访问私有的属性和方法），所以使用反射可能会导致意料之外的副作用——代码有功能上的错误，降低可移植性。反射代码破坏了抽象性，因此当平台发生改变的时候，代码的行为就有可能也随着变化。

## 四、反射机制的相关类 ##

Java.lang.Class;  
Java.lang.reflect.Constructor;  
Java.lang.reflect.Field;  
Java.lang.reflect.Method;  
Java.lang.reflect.Modifier;

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类名</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Class类</td> 
   <td>代表类的实体，在运行的Java应用程序中表示类和接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Field类</td> 
   <td>代表类的成员变量（成员变量也称为类的属性）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Method类</td> 
   <td>代表类的方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Constructor类</td> 
   <td>代表类的构造方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Modifier类</td> 
   <td>提供了static方法和常量，对类和成员访问修饰符进行解码。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### Class类 ###

Class代表类的实体，在运行的Java应用程序中表示类和接口。在这个类中提供了很多有用的方法，这里对他们简单的分类介绍。

*  **获取类相关的方法**  
    ![class][]
 *  **获得类中属性相关的方法**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>getField(String name)</td> 
   <td>获得某个公有的属性对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getFields()</td> 
   <td>获得所有公有的属性对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredField(String name)</td> 
   <td>获得某个属性对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredFields()</td> 
   <td>获得所有属性对象</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  **获得类中注解相关的方法**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>getAnnotation(Class annotationClass)</td> 
   <td>返回该类中与参数类型匹配的公有注解对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getAnnotations()</td> 
   <td>返回该类所有的公有注解对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredAnnotation(Class annotationClass)</td> 
   <td>返回该类中与参数类型匹配的所有注解对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredAnnotations()</td> 
   <td>返回该类所有的注解对象</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  **获得类中构造器相关的方法**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>getConstructor(Class…&lt;?&gt; parameterTypes)</td> 
   <td>获得该类中与参数类型匹配的公有构造方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getConstructors()</td> 
   <td>获得该类的所有公有构造方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredConstructor(Class…&lt;?&gt; parameterTypes)</td> 
   <td>获得该类中与参数类型匹配的构造方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredConstructors()</td> 
   <td>获得该类所有构造方法</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  **获得类中方法相关的方法**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>getMethod(String name, Class…&lt;?&gt; parameterTypes)</td> 
   <td>获得该类某个公有的方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getMethods()</td> 
   <td>获得该类所有公有的方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredMethod(String name, Class…&lt;?&gt; parameterTypes)</td> 
   <td>获得该类某个方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getDeclaredMethods()</td> 
   <td>获得该类所有方法</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  **类中其他重要的方法**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>isAnnotation()</td> 
   <td>如果是注解类型则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isAnnotationPresent(Class&lt;? extends Annotation&gt; annotationClass)</td> 
   <td>如果是指定类型注解类型则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isAnonymousClass()</td> 
   <td>如果是匿名类则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isArray()</td> 
   <td>如果是一个数组类则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isEnum()</td> 
   <td>如果是枚举类则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isInstance(Object obj)</td> 
   <td>如果obj是该类的实例则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isInterface()</td> 
   <td>如果是接口类则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isLocalClass()</td> 
   <td>如果是局部类则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isMemberClass()</td> 
   <td>如果是内部类则返回true</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### Field类 ###

Field代表类的成员变量（成员变量也称为类的属性）。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>equals(Object obj)</td> 
   <td>属性与obj相等则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>get(Object obj)</td> 
   <td>获得obj中对应的属性值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>set(Object obj, Object value)</td> 
   <td>设置obj中对应属性值</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### Method类 ###

Method代表类的方法。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>invoke(Object obj, Object… args)</td> 
   <td>传递object对象及参数调用该对象对应的方法</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### Constructor类 ###

Constructor代表类的构造方法。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>newInstance(Object… initargs)</td> 
   <td>根据传递的参数创建类的对象</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 获取Class类对象的三种方法 ###

在反射中，要获取一个类或调用一个类的方法，我们首先需要获取到该类的 Class 对象。

在 Java API 中，获取 Class 类对象的三种方法  
方法一：使用 Class.forName 静态方法。当你知道该类的全路径名时，你可以使用该方法获取 Class 类对象。但可能抛出 ClassNotFoundException 异常  
Class<?> classBook = Class.forName(“com.fanshe.Book”);

方法二：这种方法只适合在编译前就知道操作的 Class。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 clz = Book.class;

方法三：使用类对象的 getClass() 方法。  
Book book1 = new Book();  
Class<? extends Book> book1Class = book1.getClass();

**代码示例：**

@Test
    public void getClz() {
        
        try {
        
            // 方法一，使用 Class.forName 静态方法
            Class<?> classBook = Class.forName("com.fanshe.Book");
    
            // 方法二：直接通过 类名.class 的方式得到
            Class clz = Book.class;
    
            // 方法三：使用类对象的 getClass() 方法。
            Book book1 = new Book();
            Class<? extends Book> book1Class = book1.getClass();
    
            System.out.println(classBook == clz);
            System.out.println(classBook == book1Class);
    
        } catch (Exception ex) {
        
            ex.printStackTrace();
        }
    }
    执行结果：
    true
    true

### 反射常用类和方法 ###

public class ReflectClass {
        
            // 创建类的实例
            @Test
            public void reflectNewInstance() {
        
                try {
        
                    Class<?> classBook = Class.forName("com.fanshe.Book");
                    Object objectBook = classBook.newInstance();
                    Book book = (Book) objectBook;
                    book.setName("Java高级特性-反射-创建对象");
                    book.setAuthor("Yang");
                    System.out.println(book.toString());
                } catch (Exception ex) {
        
                    ex.printStackTrace();
                }
            }
    
            // 反射私有的构造方法
            @Test
            public void reflectPrivateConstructor() {
        
                try {
        
                    Class<?> classBook = Class.forName("com.fanshe.Book");
                    Constructor<?> declaredConstructorBook = classBook.getDeclaredConstructor(String.class, String.class);
                    // 暴力反射
                    declaredConstructorBook.setAccessible(true);
                    Object objectBook = declaredConstructorBook.newInstance("Java高级特性-反射-反射私有的构造方法", "Yang");
                    Book book = (Book) objectBook;
                    System.out.println(book.toString());
                } catch (Exception ex) {
        
                    ex.printStackTrace();
                }
            }
    
            // 反射私有属性
            @Test
            public void reflectPrivateField() {
        
                try {
        
                    Class<?> classBook = Class.forName("com.fanshe.Book");
                    Object objectBook = classBook.newInstance();
                    Field fieldTag = classBook.getDeclaredField("TAG");
                    fieldTag.setAccessible(true);
                    String tag = (String) fieldTag.get(objectBook);
                    System.out.println(tag);
                } catch (Exception ex) {
        
                    ex.printStackTrace();
                }
            }
    
    
            // 反射私有方法
            @Test
            public void reflectPrivateMethod() {
        
                try {
        
                    Class<?> classBook = Class.forName("com.fanshe.Book");
                    Method methodBook = classBook.getDeclaredMethod("declaredMethod", int.class);
                    methodBook.setAccessible(true);
                    Object objectBook = classBook.newInstance();
                    String string = (String) methodBook.invoke(objectBook, 0);
                    System.out.println(string);
                } catch (Exception ex) {
        
                    ex.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
    执行结果：
    Book{
        name='Java高级特性-反射-创建对象', author='Yang'}
    Book{
        name='Java高级特性-反射-反射私有的构造方法', author='Yang'}
    BookTag
    I am declaredMethod 0 !

通过反射获取私有属性，方法和构造方法时，需要进行暴力反射，设置setAccessible(true)。否则会报错说无法获取私有属性，方法和构造方法

## 总结 ##

本文列举了反射机制使用过程中常用的、重要的一些类及其方法，更多信息和用法，反射原理和源码分析需要近一步的阅读反射相关资料。

在阅读Class类文档时发现一个特点，以通过反射获得Method对象为例，一般会提供四种方法，getMethod(parameterTypes)、getMethods()、getDeclaredMethod(parameterTypes)和getDeclaredMethods()。getMethod(parameterTypes)用来获取某个公有的方法的对象，getMethods()获得该类所有公有的方法，getDeclaredMethod(parameterTypes)获得该类某个方法，getDeclaredMethods()获得该类所有方法。带有Declared修饰的方法可以反射到私有的方法，没有Declared修饰的只能用来反射公有的方法。其他的Annotation、Field、Constructor也是如此。

[Java]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/a0a2867d5c6b4793aa12612ae2514b90.png
[class]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/d63d2574b170413fb85f9cf3ff21a6b7.png