Java—反射机制详解
介绍反射
反射的基本概念
反射（Reflection）是Java语言中的一种机制，它允许程序在运行时检查和操作类、接口、字段和方法等类的内部结构。通过反射，你可以在运行时获取类的信息，包括类的构造器、字段、方法等，并且可以在运行时动态地创建对象、调用方法、访问或修改字段。
反射的核心类和接口
Java反射机制主要涉及以下几个核心类和接口：
- Class：表示一个类的字节码文件对象，通过它可以获取类的所有信息。
- Constructor：表示类的构造器对象，通过它可以获取构造器的参数、修饰符等信息，并可以用来创建类的实例。
- Field：表示类的成员变量对象，通过它可以获取字段的类型、修饰符等信息，并可以用来访问或修改字段的值。
- Method：表示类的方法对象，通过它可以获取方法的参数、返回值类型、修饰符等信息，并可以用来调用方法。
反射的优点
- 可扩展性：反射允许程序在运行时动态地加载和使用类，这使得程序具有更好的可扩展性。例如，可以通过配置文件来加载不同的类，从而实现插件化架构。
- 类浏览器和可视化开发环境：反射可以帮助IDE等开发工具获取类的详细信息，从而提供更好的代码提示、自动补全等功能。
- 调试器和测试工具：反射可以帮助调试器和测试工具获取类的内部信息，从而实现更强大的调试和测试功能。
反射的缺点
- 性能开销：反射操作通常比直接调用方法或访问字段要慢得多，因为反射涉及动态解析，JVM无法对其进行优化。
- 安全限制：反射可以绕过访问控制，访问私有字段和方法，这可能会导致安全问题。
- 内部暴露：反射可以访问类的内部实现细节，这可能会导致代码的可移植性和稳定性受到影响。
获取元素
获取类
在反射中，获取类的Class对象是第一步。Class对象代表了类的字节码文件，通过它可以获取类的所有信息。获取Class对象有三种主要方式：
通过类名获取：
Class<?> clazz = Class.forName("com.example.MyClass");这种方式需要类的全限定名（包名+类名），适用于在运行时动态加载类。
通过对象获取：
MyClass obj = new MyClass();
Class<?> clazz = obj.getClass();这种方式适用于已经有一个类的实例对象的情况。
通过类字面量获取：
Class<?> clazz = MyClass.class;这种方式适用于在编译时已经知道类名的情况。
Class类下的常用方法：
- String getSimpleName()：获取类的简单名称（不包括包名）。
- String getName()：获取类的全限定名（包括包名）。
- T newInstance()：创建Class对象关联类的实例对象，底层调用无参构造器。注意：这个方法已经被标记为@Deprecated，建议使用Constructor来创建对象。
获取构造器
获取构造器的方法主要通过Class对象来实现：
获取特定构造器：
- Constructor getConstructor(Class... parameterTypes)：根据参数类型获取某个public修饰的构造器。
- Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes)：根据参数类型获取某个构造器，不关心权限修饰符。
获取所有构造器：
- Constructor[] getConstructors()：获取所有public修饰的构造器。
- Constructor[] getDeclaredConstructors()：获取所有构造器，不关心权限修饰符。
Constructor的常用方法：
- T newInstance(Object... initargs)：使用指定的参数创建类的实例对象。
- void setAccessible(true)：设置访问权限，true表示可以访问私有构造器（暴力反射）。
- String getName()：获取构造器的名称。
- int getParameterCount()：获取构造器的参数数量。
- Class<?>[] getParameterTypes()：获取构造器的参数类型数组。
获取成员变量
获取成员变量的方法主要通过Class对象来实现：
获取特定成员变量：
- Field getField(String name)：根据成员变量名获取public修饰的成员变量。
- Field getDeclaredField(String name)：根据成员变量名获取成员变量，不关心权限修饰符。
获取所有成员变量：
- Field[] getFields()：获取所有public修饰的成员变量。
- Field[] getDeclaredFields()：获取所有成员变量，不关心权限修饰符。
Field的常用方法：
- void set(Object obj, Object value)：给指定对象的成员变量赋值。
- Object get(Object obj)：获取指定对象的成员变量的值。
- void setAccessible(true)：设置访问权限，true表示可以访问私有成员变量（暴力反射）。
- Class getType()：获取成员变量的类型。
- String getName()：获取成员变量的名称。
获取方法
获取方法的方法主要通过Class对象来实现：
获取特定方法：
- Method getMethod(String name, Class... args)：根据方法名和参数类型获取public修饰的方法。
- Method getDeclaredMethod(String name, Class... args)：根据方法名和参数类型获取方法，不关心权限修饰符。
获取所有方法：
- Method[] getMethods()：获取所有public修饰的方法，包括父类的方法。
- Method[] getDeclaredMethods()：获取所有方法，不关心权限修饰符，只获取本类声明的方法。
Method的常用方法：
- Object invoke(Object obj, Object... args)：使用指定的参数调用方法，obj是调用方法的对象，args是方法的参数。
反射示例
package com.example;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 定义接口，用于打招呼
interface Greetable {void greet(); // 实现打招呼的方法
}// 定义一个父类，用于表示动物
class Animal {protected String species; // 动物的种类// 构造函数，初始化动物的种类public Animal(String species) {this.species = species;}// 让动物发出声音public void makeSound() {System.out.println(species + " 发出声音。");}
}// 定义一个子类，继承自Animal，并实现Greetable接口
class Dog extends Animal implements Greetable {private String name; // 狗的名字// 构造函数，初始化狗的名字public Dog(String name) {super("狗");this.name = name;}// 实现打招呼方法，狗用自己的方式打招呼@Overridepublic void greet() {System.out.println(name + " 说：汪汪！");}
}// 用于演示高级反射用法的示例类
public class AdvancedReflectionExample {// 主函数public static void main(String[] args) {try {// 获取Dog类的Class对象Class<?> dogClass = Dog.class;// 获取构造器并创建实例Constructor<?> dogConstructor = dogClass.getConstructor(String.class);Object dogInstance = dogConstructor.newInstance("小白");// 调用父类的方法Method makeSoundMethod = dogClass.getSuperclass().getDeclaredMethod("makeSound");makeSoundMethod.invoke(dogInstance);// 调用接口方法Method greetMethod = dogClass.getDeclaredMethod("greet");greetMethod.invoke(dogInstance);// 使用反射获取和修改私有字段Field nameField = dogClass.getDeclaredField("name");nameField.setAccessible(true);System.out.println("更新前的名字: " + nameField.get(dogInstance));nameField.set(dogInstance, "小黑");System.out.println("更新后的名字: " + nameField.get(dogInstance));// 创建一个泛型列表并添加Dog对象List<Dog> dogList = new ArrayList<>();dogList.add((Dog) dogInstance);System.out.println("狗狗列表包含: " + dogList.size() + " 只狗。");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}
暴力反射与泛型约束的破坏
泛型在编译阶段提供类型安全，但在运行时被擦除，反射则允许绕过这些安全检查。
核心点：
封装性破坏：通过反射可以访问和修改私有字段和方法，导致原本受保护的对象状态被随意改变。
import java.lang.reflect.Field;class Person {private String name;public Person(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}
}public class ReflectionEncapsulationDemo {public static void main(String[] args) {Person person = new Person("Alice");// 使用反射访问私有字段try {Field nameField = Person.class.getDeclaredField("name");nameField.setAccessible(true); // 允许访问私有字段// 修改私有字段的值nameField.set(person, "Bob");// 输出修改后的值System.out.println("修改后的名字: " + person.getName());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}
泛型约束消失：由于泛型类型信息在运行时不可用，使用反射可以插入不符合泛型限制的对象，可能引发类型错误。
package com.example;import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class GenericReflectionDemo {public static void main(String[] args) {// 创建一个存储 Double 类型的 ListList<Double> scores = new ArrayList<>();scores.add(99.3);scores.add(199.3);scores.add(89.5);// 使用反射插入一个不符合泛型的字符串try {Class<?> clazz = scores.getClass();Method addMethod = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);addMethod.invoke(scores, "字符串"); // 插入一个不符合泛型的数据// 输出结果，包含了不符合类型的数据System.out.println("List 内容: " + scores);// List 内容: [99.3, 199.3, 89.5, 字符串]} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}
虽然反射可以带来灵活性，但在生产代码中应谨慎使用，以避免引入潜在的错误和安全隐患。