在 Java中，反射机制（Reflection）非常重要，但对于很多开发者来说，这并不容易理解，甚至觉得有点神秘
今天，我将献上一份 Java反射机制的介绍 & 实战攻略，希望你们会喜欢。

1. 简介

定义：Java语言中一种动态（运行时）访问、检测 & 修改它本身的能力
作用：动态（运行时）获取类的完整结构信息 & 调用对象的方法
1. 类的结构信息包括：变量、方法等
2. 正常情况下，Java类在编译前，就已经被加载到JVM中；而反射机制使得程序运行时还可以动态地去操作类的变量、方法等信息

2. 特点

2.1 优点

灵活性高。因为反射属于动态编译，即只有到运行时才动态创建 &获取对象实例。

编译方式说明：
1. 静态编译：在编译时确定类型 & 绑定对象。如常见的使用new关键字创建对象
2. 动态编译：运行时确定类型 & 绑定对象。动态编译体现了Java的灵活性、多态特性 & 降低类之间的藕合性

2.2 缺点

执行效率低
因为反射的操作主要通过JVM执行，所以时间成本会高于直接执行相同操作
1. 因为接口的通用性，Java的invoke方法是传object和object[]数组的。基本类型参数需要装箱和拆箱，产生大量额外的对象和内存开销，频繁促发GC。
2. 编译器难以对动态调用的代码提前做优化，比如方法内联。
3. 反射需要按名检索类和方法，有一定的时间开销。
容易破坏类结构
因为反射操作饶过了源码，容易干扰类原有的内部逻辑

3. 应用场景

动态获取类文件结构信息（如变量、方法等） & 调用对象的方法
常用的需求场景有：动态代理、工厂模式优化、Java JDBC数据库操作等

下文会用实际例子详细讲解

4. 具体使用

4.1 `Java`反射机制提供的功能

示意图

4.2 实现手段

反射机制的实现主要通过操作java.lang.Class类
下面将主要讲解 java.lang.Class 类

4.2.1 java.lang.Class 类

定义：java.lang.Class类是反射机制的基础
作用：存放着对应类型对象的运行时信息
1. 在Java程序运行时，Java虚拟机为所有类型维护一个java.lang.Class对象
2. 该Class对象存放着所有关于该对象的运行时信息
3. 泛型形式为Class<T>
每种类型的Class对象只有1个 = 地址只有1个

// 对于2个String类型对象，它们的Class对象相同
Class c1 = "Carson".getClass();
Class c2 =  Class.forName("java.lang.String");
// 用==运算符实现两个类对象地址的比较
System.out.println(c1 ==c2); // 输出结果：true

Java反射机制的实现除了依靠Java.lang.Class类，还需要依靠：Constructor类、Field类、Method类，分别作用于类的各个组成部分：

示意图

4.3 使用步骤

在使用Java反射机制时，主要步骤包括：
1. 获取目标类型的Class对象
2. 通过 Class 对象分别获取Constructor类对象、Method类对象 & Field 类对象
3. 通过 Constructor类对象、Method类对象 & Field类对象分别获取类的构造函数、方法&属性的具体信息，并进行后续操作

下面，我将详细讲解每个步骤中的使用方法。

步骤1：获取目标类型的Class对象

// 获取 目标类型的`Class`对象的方式主要有4种

<-- 方式1：Object.getClass() -->
    // Object类中的getClass()返回一个Class类型的实例 
    Boolean carson = true; 
    Class<?> classType = carson.getClass(); System.out.println(classType); // 输出结果：class java.lang.Boolean <-- 方式2：T.class 语法 --> // T = 任意Java类型 Class<?> classType = Boolean.class; System.out.println(classType); // 输出结果：class java.lang.Boolean // 注：Class对象表示的是一个类型，而这个类型未必一定是类 // 如，int不是类，但int.class是一个Class类型的对象 <-- 方式3：static method Class.forName --> Class<?> classType = Class.forName("java.lang.Boolean"); // 使用时应提供异常处理器 System.out.println(classType); // 输出结果：class java.lang.Boolean <-- 方式4：TYPE语法 --> Class<?> classType = Boolean.TYPE; System.out.println(classType); // 输出结果：boolean

此处额外讲一下java.lang.reflect.Type类

java.lang.reflect.Type是 Java中所有类型的父接口
这些类型包括:

示意图

之间的关系如下

示意图

步骤2：通过 Class 对象分别获取Constructor类对象、Method类对象 & Field 类对象

// 即以下方法都属于`Class` 类的方法。

<-- 1. 获取类的构造函数（传入构造函数的参数类型）->>
  // a. 获取指定的构造函数 （公共 / 继承）
  Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) // b. 获取所有的构造函数（公共 / 继承） Constructor<?>[] getConstructors(); // c. 获取指定的构造函数 （ 不包括继承） Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) // d. 获取所有的构造函数（ 不包括继承） Constructor<?>[] getDeclaredConstructors(); // 最终都是获得一个Constructor类对象 // 特别注意： // 1. 不带 "Declared"的方法支持取出包括继承、公有（Public） & 不包括有（Private）的构造函数 // 2. 带 "Declared"的方法是支持取出包括公共（Public）、保护（Protected）、默认（包）访问和私有（Private）的构造方法，但不包括继承的构造函数 // 下面同理 <-- 2. 获取类的属性（传入属性名） --> // a. 获取指定的属性（公共 / 继承） Field getField(String name) ; // b. 获取所有的属性（公共 / 继承） Field[] getFields() ; // c. 获取指定的所有属性 （不包括继承） Field getDeclaredField(String name) ； // d. 获取所有的所有属性 （不包括继承） Field[] getDeclaredFields() ； // 最终都是获得一个Field类对象 <-- 3. 获取类的方法（传入方法名 & 参数类型）--> // a. 获取指定的方法（公共 / 继承） Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) ； // b. 获取所有的方法（公共 / 继承） Method[] getMethods() ； // c. 获取指定的方法 （ 不包括继承） Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) ； // d. 获取所有的方法（ 不包括继承） Method[] getDeclaredMethods() ； // 最终都是获得一个Method类对象 <-- 4. Class类的其他常用方法 --> getSuperclass(); // 返回父类 String getName(); // 作用：返回完整的类名（含包名，如java.lang.String ） Object newInstance(); // 作用：快速地创建一个类的实例 // 具体过程：调用默认构造器（若该类无默认构造器，则抛出异常

步骤3：通过 Constructor类对象、Method类对象 & Field类对象分别获取类的构造函数、方法 & 属性的具体信息 & 进行操作

// 即以下方法都分别属于`Constructor`类、`Method`类 & `Field`类的方法。

<-- 1. 通过Constructor 类对象获取类构造函数信息 -->
  String getName()；// 获取构造器名
  Class getDeclaringClass()；// 获取一个用于描述类中定义的构造器的Class对象 int getModifiers()；// 返回整型数值，用不同的位开关描述访问修饰符的使用状况 Class[] getExceptionTypes()；// 获取描述方法抛出的异常类型的Class对象数组 Class[] getParameterTypes()；// 获取一个用于描述参数类型的Class对象数组 <-- 2. 通过Field类对象获取类属性信息 --> String getName()；// 返回属性的名称 Class getDeclaringClass()； // 获取属性类型的Class类型对象 Class getType()；// 获取属性类型的Class类型对象 int getModifiers()； // 返回整型数值，用不同的位开关描述访问修饰符的使用状况 Object get(Object obj) ；// 返回指定对象上 此属性的值 void set(Object obj, Object value) // 设置 指定对象上此属性的值为value <-- 3. 通过Method 类对象获取类方法信息 --> String getName()；// 获取方法名 Class getDeclaringClass(www.078881.cn)；// 获取方法的Class对象 int getModifiers()；// 返回整型数值，用不同的位开关描述访问修饰符的使用状况 Class[] getExceptionTypes()；// 获取用于描述方法抛出的异常类型的Class对象数组 Class[] getParameterTypes()；// 获取一个用于描述参数类型的Class对象数组 <--额外：java.lang.reflect.Modifier类 --> // 作用：获取访问修饰符 static String toString(int modifiers) // 获取对应modifiers位设置的修饰符的字符串表示 static boolean isXXX(int www.yingka178.com  modifiers) // 检测方法名中对应的修饰符在modifiers中的值

至此，关于Java反射机制的步骤说明已经讲解完毕。

4.4 特别注意：访问权限问题

背景
反射机制的默认行为受限于Java的访问控制

如，无法访问（ private ）私有的方法、字段
冲突
Java安全机制只允许查看任意对象有哪些域，而不允许读它们的值

若强制读取，将抛出异常
解决方案
脱离Java程序中安全管理器的控制、屏蔽Java语言的访问检查，从而脱离访问控制
具体实现手段：使用Field类、Method类 & Constructor类对象的setAccessible()

void setAccessible(boolean flag)    
// 作用：为反射对象设置可访问标志
// 规则：flag = true时 ，表示已屏蔽Java语言的访问检查，使得可以访问 & 修改对象的私有属性

boolean isAccessible(www.leyou2.net) // 返回反射对象的可访问标志的值 static void setAccessible(AccessibleObject[] array, boolean flag) // 设置对象数组可访问标志

5. 实例应用讲解

5.1 基础应用讲解

实例1：利用反射获取类的属性 & 赋值

<-- 测试类定义-->
public class Student {

    public Student() {
        System.out.println("创建了一个Student实例"); } private String name; } <-- 利用反射获取属性 & 赋值 --> // 1. 获取Student类的Class对象 Class studentClass = Student.class; // 2. 通过Class对象创建Student类的对象 Object mStudent = studentClass.newInstance(www.dongfan178.com/); // 3. 通过Class对象获取Student类的name属性 Field f = studentClass.getDeclaredField("name"); // 4. 设置私有访问权限 f.setAccessible(true); // 5. 对新创建的Student对象设置name值 f.set(mStudent, www.huayi1.cn/ "Carson_Ho"); // 6. 获取新创建Student对象的的name属性 & 输出 System.out.println(f.get(mStudent));

测试结果

Demo地址
Carson_Ho的Github地址：Reflect_Demo1

实例2：利用反射调用类的构造函数


<-- 测试类定义-->

public class Student {

    // 无参构造函数
    public Student() { System.out.println("调用了无参构造函数"); } // 有参构造函数 public Student(String www.tiaotiaoylzc.com str) { System.out.println("调用了有参构造函数"); } private String name; } <-- 利用反射调用构造函数 --> // 1. 获取Student类的Class对象 Class studentClass studentClass = Student.class; // 2.1 通过Class对象获取Constructor类对象，从而调用无参构造方法 // 注：构造函数的调用实际上是在newInstance()，而不是在getConstructor()中调用 Object mObj1 = studentClass.getConstructor().newInstance(); // 2.2 通过Class对象获取Constructor类对象（传入参数类型），从而调用有参构造方法 Object mObj2 = studentClass.getConstructor(String.class).newInstance("Carson");

测试结果

示意图

Demo地址
Carson_Ho的Github地址：Reflect_Demo2

实例3：利用反射调用类对象的方法

<-- 测试类定义-->
public class Student {

    public Student() {
        System.out.println("创建了一个Student实例"); } // 无参数方法 public void setName1 (){ System.out.println("调用了无参方法：setName1（）"); } // 有参数方法 public void setName2 (String str){ System.out.println("调用了有参方法setName2（String str）:" + str); } } <-- 利用反射调用方法 --> // 1. 获取Student类的Class对象 Class studentClass = Student.class; // 2. 通过Class对象创建Student类的对象 Object mStudent = studentClass.newInstance(); // 3.1 通过Class对象获取方法setName1（）的Method对象:需传入方法名 // 因为该方法 = 无参，所以不需要传入参数 Method msetName1 = studentClass.getMethod("setName1"); // 通过Method对象调用setName1（）：需传入创建的实例 msetName1.invoke(mStudent); // 3.2 通过Class对象获取方法setName2（）的Method对象:需传入方法名 & 参数类型 Method msetName2 = studentClass.getMethod("setName2",String.class); // 通过Method对象调用setName2（）：需传入创建的实例 & 参数值 msetName2.invoke(mStudent,"Carson_Ho");

测试结果

示意图

Demo地址
Carson_Ho的Github地址：Reflect_Demo3

5.2 常见需求场景讲解

实例1：工厂模式优化

背景
采用简单工厂模式
冲突
1. 操作成本高：每增加一个接口的子类，必须修改工厂类的逻辑
2. 系统复杂性提高：每增加一个接口的子类，都必须向工厂类添加逻辑

关于简单工厂模式的介绍 & 使用请看文章：简单工厂模式（SimpleFactoryPattern）- 最易懂的设计模式解析

解决方案
采用反射机制：通过传入子类名称 & 动态创建子类实例，从而使得在增加产品接口子类的情况下，也不需要修改工厂类的逻辑
实例演示

步骤1. 创建抽象产品类的公共接口

Product.java

abstract class Product{
    public abstract void show();

步骤2. 创建具体产品类（继承抽象产品类），定义生产的具体产品

<-- 具体产品类A：ProductA.java -->
public class  ProductA extends Product{ @Override public void show() { System.out.println("生产出了产品A"); } } <-- 具体产品类B：ProductB.java --> public class ProductB extends Product{ @Override public void show() { System.out.println("生产出了产品B");

步骤3. 创建工厂类

Factory.java

public class Factory {

    // 定义方法：通过反射动态创建产品类实例
    public static Product getInstance(String ClassName) { Product concreteProduct = null; try { // 1. 根据 传入的产品类名 获取 产品类类型的Class对象 Class product_Class = Class.forName(ClassName); // 2. 通过Class对象动态创建该产品类的实例 concreteProduct = (Product) product_Class.newInstance(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } // 3. 返回该产品类实例

步骤4：外界通过调用工厂类的静态方法（反射原理），传入不同参数从而创建不同具体产品类的实例

TestReflect.java

public class TestReflect {
    public static void main(String[] args) throws Exception { // 1. 通过调用工厂类的静态方法（反射原理），从而动态创建产品类实例 // 需传入完整的类名 & 包名 Product concreteProduct = Factory.getInstance("scut.carson_ho.reflection_factory.ProductA"); // 2. 调用该产品类对象的方法，从而生产产品 concreteProduct.show();

展示结果

示意图

Demo地址
Carson_Ho的Github地址：Reflection_Factory1

如此一来，通过采用反射机制（通过传入子类名称 & 动态创建子类实例），从而使得在增加产品接口子类的情况下，也不需要修改工厂类的逻辑 & 增加系统复杂度

实例2：应用了反射机制的工厂模式再次优化

背景
在上述方案中，通过调用工厂类的静态方法（反射原理），从而动态创建产品类实例（该过程中：需传入完整的类名 & 包名）
冲突
开发者无法提前预知接口中的子类类型 & 完整类名
解决方案
通过属性文件的形式（ Properties）配置所要的子类信息，在使用时直接读取属性配置文件从而获取子类信息（完整类名）
具体实现

步骤1：创建抽象产品类的公共接口

Product.java

abstract class Product{
    public abstract void show();

步骤2. 创建具体产品类（继承抽象产品类），定义生产的具体产品

<-- 具体产品类A：ProductA.java -->
public class  ProductA extends Product{ @Override public void show() { System.out.println("生产出了产品A"); } } <-- 具体产品类B：ProductB.java --> public class ProductB extends Product{ @Override public void show() { System.out.println("生产出了产品B");

步骤3. 创建工厂类

Factory.java

public class Factory {

    // 定义方法：通过反射动态创建产品类实例
    public static Product getInstance(String ClassName) { Product concreteProduct = null; try { // 1. 根据 传入的产品类名 获取 产品类类型的Class对象 Class product_Class = Class.forName(ClassName); // 2. 通过Class对象动态创建该产品类的实例 concreteProduct = (Product) product_Class.newInstance(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } // 3. 返回该产品类实例 return concreteProduct; } }

步骤4：创建属性配置文件
Product.properties

// 写入抽象产品接口类的子类信息（完整类名）
ProductA = scut.carson_ho.reflection_factory.ProductA
ProductB = scut.carson_ho.reflection_factory.ProductB

步骤5：将属性配置文件放到src/main/assets文件夹中

若没assets文件夹，则自行创建

步骤6：在动态创建产品类对象时，动态读取属性配置文件从而获取子类完整类名
TestReflect.java

public class TestReflect {
    public static void main(String[] args) throws Exception { // 1. 读取属性配置文件 Properties pro = new Properties() ; pro.load(this.getAssets().open("Product.properties")); // 2. 获取属性配置文件中的产品类名 String Classname = pro.getProperty("ProductA"); // 3. 动态生成产品类实例 Product concreteProduct = Factory.getInstance(Classname); // 4. 调用该产品类对象的方法，从而生产产品 concreteProduct.show(); }

测试结果

示意图

Demo地址
Carson_Ho的Github地址：Reflection_Factory2

实例3：动态代理

通过反射机制实现动态代理，具体请看文章：设计模式：这是一份全面 & 清晰的动态代理模式（Proxy Pattern）学习指南

6. 总结

本文全面讲解了Java反射机制（Reflection）的相关知识，相信您对Java反射机制已经非常了解

Java：一步步带你深入了解神秘的Java反射机制

目录

1. 简介

2. 特点

2.1 优点

2.2 缺点

3. 应用场景

4. 具体使用

4.1 `Java`反射机制提供的功能

4.2 实现手段

4.2.1 java.lang.Class 类

4.3 使用步骤

4.4 特别注意：访问权限问题

5. 实例应用讲解

5.1 基础应用讲解

实例1：利用反射获取类的属性 & 赋值

实例2：利用反射调用类的构造函数

实例3：利用反射调用类对象的方法

5.2 常见需求场景讲解

实例1：工厂模式优化

实例2：应用了反射机制的工厂模式再次优化

实例3：动态代理

6. 总结

猜你喜欢

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目录

1. 简介

2. 特点

2.1 优点

2.2 缺点

3. 应用场景

4. 具体使用

4.1 Java反射机制提供的功能

4.2 实现手段

4.2.1 java.lang.Class 类

4.3 使用步骤

4.4 特别注意：访问权限问题

5. 实例应用讲解

5.1 基础应用讲解

实例1：利用反射获取类的属性 & 赋值

实例2：利用反射调用类的构造函数

实例3：利用反射调用类对象的方法

5.2 常见需求场景讲解

实例1：工厂模式优化

实例2：应用了反射机制的工厂模式再次优化

实例3：动态代理

6. 总结

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