很多时候我们会遇到别人问一个问题:你给我讲一下反射,到底是什么东西?怎么实现的?我们能用反射来做什么?它有什么优缺点?下面我们会围绕着这几个问题展开:

一、反射机制是什么?

反射是什么?什么是反?什么是正射?
有反就有正,我们知道正常情况, 如果我们希望创建一个对象,会使用以下的语句:

Person person = new Person();

其实我们第一次执行上面的语句的时候,JVM会先加载Person.class,加载到内存完之后,在方法区/堆中会创建了一个Class对象,对应这个Person类。这里有争议,有人说是在方法区,有些人说是在堆。个人感觉应该JVM规范说是在方法区,但是不是强制要求,而且不同版本的JVM实现也不一样。具体参考以下链接,这里不做解释:
https://www.cnblogs.com/xy-nb/p/6773051.html
而上面正常的初始化对象的方法,也可以说是“正射”,就是使用Class对象创建出一个Person对象。

而反射则相反,是根据Person对象,获取到Class对象,然后可以获取到Person类的相关信息,进行初始化或者调用等一系列操作。

运行状态时,可以构造任何一个类的对象,获取到任意一个对象所属的类信息,以及这个类的成员变量或者方法,可以调用任意一个对象的属性或者方法。可以理解为具备了 动态加载对象 以及 对对象的基本信息进行剖析和使用 的能力。

提供的功能包括:

  • 1.在运行时判断一个对象所属的类
  • 2.在运行时构造任意一个类的对象
  • 3.在运行时获取一个类定义的成员变量以及方法
  • 4.在运行时调用任意一个对象的方法
  • 5.生成动态代理

灵活,强大,可以在运行时装配,无需在组件之间进行源代码链接,但是使用不当效率会有影响。所有类的对象都是Class的实例。
既然我们可以对类的全限定名,方法以及参数等进行配置,完成对象的初始化,那就是相当于增加了java的可配置性。

这里特别需要明确的一点:类本身也是一个对象,方法也是一个对象,在Java里面万物皆可对象,除了基础数据类型...

二、反射的具体使用

2.1 获取对象的包名以及类名

package invocation;
public class MyInvocation {
    public static void main(String[] args) {
        getClassNameTest();
    }
    
    public static void getClassNameTest(){
        MyInvocation myInvocation = new MyInvocation();
        System.out.println("class: " + myInvocation.getClass());
        System.out.println("simpleName: " + myInvocation.getClass().getSimpleName());
        System.out.println("name: " + myInvocation.getClass().getName());
        System.out.println("package: " +
                "" + myInvocation.getClass().getPackage());
    }
}

运行结果:

class: class invocation.MyInvocation
simpleName: MyInvocation
name: invocation.MyInvocation
package: package invocation

由上面结果我们可以看到:
1.getClass():打印会带着class+全类名
2.getClass().getSimpleName():只会打印出类名
3.getName():会打印全类名
4.getClass().getPackage():打印出package+包名

getClass()获取到的是一个对象,getPackage()也是。

2.2 获取Class对象

在java中,一切皆对象。java中可以分为两种对象,实例对象和Class对象。这里我们说的获取Class对象,其实就是第二种,Class对象代表的是每个类在运行时的类型信息,指和类相关的信息。比如有一个Student类,我们用Student student = new Student()new一个对象出来,这个时候Student这个类的信息其实就是存放在一个对象中,这个对象就是Class类的对象,而student这个实例对象也会和Class对象关联起来。
我们有三种方式可以获取一个类在运行时的Class对象,分别是

  • Class.forName("com.Student")
  • student.getClass()
  • Student.class

实例代码如下:

package invocation;

public class MyInvocation {
    public static void main(String[] args) {
        getClassTest();
    }
    public static void getClassTest(){
        Class<?> invocation1 = null;
        Class<?> invocation2 = null;
        Class<?> invocation3 = null;
        try {
            // 最常用的方法
            invocation1 = Class.forName("invocation.MyInvocation");
        }catch (Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
        invocation2 = new MyInvocation().getClass();
        invocation3 = MyInvocation.class;
        System.out.println(invocation1);
        System.out.println(invocation2);
        System.out.println(invocation3);
    }
}

执行的结果如下,三个结果一样:

class invocation.MyInvocation
class invocation.MyInvocation
class invocation.MyInvocation

2.3 getInstance()获取指定类型的实例化对象

首先我们有一个Student类,后面都会沿用这个类,将不再重复。

class Student{
    private int age;

    private String name;

    public Student() {
    }
    public Student(int age) {
        this.age = age;
    }

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public Student(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

我们可以使用getInstance()方法构造出一个Student的对象:

    public static void getInstanceTest() {
        try {
            Class<?> stduentInvocation = Class.forName("invocation.Student");
            Student student = (Student) stduentInvocation.newInstance();
            student.setAge(9);
            student.setName("Hahs");
            System.out.println(student);

        }catch (Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }
    
    
输出结果如下:
Student{age=9, name='Hahs'}

但是如果我们取消不写Student的无参构造方法呢?就会出现下面的报错:

java.lang.InstantiationException: invocation.Student
	at java.lang.Class.newInstance(Class.java:427)
	at invocation.MyInvocation.getInstanceTest(MyInvocation.java:40)
	at invocation.MyInvocation.main(MyInvocation.java:8)
Caused by: java.lang.NoSuchMethodException: invocation.Student.<init>()
	at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:3082)
	at java.lang.Class.newInstance(Class.java:412)
	... 2 more

这是因为我们重写了构造方法,而且是有参构造方法,如果不写构造方法,那么每个类都会默认有无参构造方法,重写了就不会有无参构造方法了,所以我们调用newInstance()的时候,会报没有这个方法的错误。值得注意的是,newInstance()是一个无参构造方法。

2.4 通过构造函数对象实例化对象

除了newInstance()方法之外,其实我们还可以通过构造函数对象获取实例化对象,怎么理解?这里只构造函数对象,而不是构造函数,也就是构造函数其实就是一个对象,我们先获取构造函数对象,当然也可以使用来实例化对象。

可以先获取一个类的所有的构造方法,然后遍历输出:

    public static void testConstruct(){
        try {
            Class<?> stduentInvocation = Class.forName("invocation.Student");
            Constructor<?> cons[] = stduentInvocation.getConstructors();
            for(int i=0;i<cons.length;i++){
                System.out.println(cons[i]);
            }

        }catch (Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }

输出结果:

public invocation.Student(int,java.lang.String)
public invocation.Student(java.lang.String)
public invocation.Student(int)
public invocation.Student()

取出一个构造函数我们可以获取到它的各种信息,包括参数,参数个数,类型等等:

    public static void constructGetInstance() {
        try {
            Class<?> stduentInvocation = Class.forName("invocation.Student");
            Constructor<?> cons[] = stduentInvocation.getConstructors();
            Constructor constructors = cons[0];
            System.out.println("name: " + constructors.getName());
            System.out.println("modifier: " + constructors.getModifiers());
            System.out.println("parameterCount: " + constructors.getParameterCount());
            System.out.println("构造参数类型如下:");
            for (int i = 0; i < constructors.getParameterTypes().length; i++) {
                System.out.println(constructors.getParameterTypes()[i].getName());
            }
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }

输出结果,modifier是权限修饰符,1表示为public,我们可以知道获取到的构造函数是两个参数的,第一个是int,第二个是String类型,看来获取出来的顺序并不一定是我们书写代码的顺序。

name: invocation.Student
modifier: 1
parameterCount: 2
构造参数类型如下:
int
java.lang.String

既然我们可以获取到构造方法这个对象了,那么我们可不可以通过它去构造一个对象呢?答案肯定是可以!!!
下面我们用不同的构造函数来创建对象:

    public static void constructGetInstanceTest() {
        try {
            Class<?> stduentInvocation = Class.forName("invocation.Student");
            Constructor<?> cons[] = stduentInvocation.getConstructors();
            // 一共定义了4个构造器
            Student student1 = (Student) cons[0].newInstance(9,"Sam");
            Student student2 = (Student) cons[1].newInstance("Sam");
            Student student3 = (Student) cons[2].newInstance(9);
            Student student4 = (Student) cons[3].newInstance();
            System.out.println(student1);
            System.out.println(student2);
            System.out.println(student3);
            System.out.println(student4);

        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }

输出如下:

Student{age=9, name='Sam'}
Student{age=0, name='Sam'}
Student{age=9, name='null'}
Student{age=0, name='null'}

构造器的顺序我们是必须一一针对的,要不会报一下的参数不匹配的错误:

java.lang.IllegalArgumentException: argument type mismatch
	at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
	at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
	at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
	at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
	at invocation.MyInvocation.constructGetInstanceTest(MyInvocation.java:85)
	at invocation.MyInvocation.main(MyInvocation.java:8)

2.5 获取类继承的接口

通过反射我们可以获取接口的方法,如果我们知道某个类实现了接口的方法,同样可以做到通过类名创建对象调用到接口的方法。

首先我们定义两个接口,一个InSchool:

public interface InSchool {
    public void attendClasses();
}

一个AtHome:

public interface AtHome {
    public void doHomeWork();
}

创建一个实现两个接口的类Student.java

public class Student implements AtHome, InSchool {
    public void doHomeWork() {
        System.out.println("I am a student,I am doing homework at home");
    }

    public void attendClasses() {
        System.out.println("I am a student,I am attend class in school");
    }
}

测试代码如下:

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> studentClass = Class.forName("invocation.Student");
        Class<?>[] interfaces = studentClass.getInterfaces();
        for (Class c : interfaces) {
            // 获取接口
            System.out.println(c);
            // 获取接口里面的方法
            Method[] methods = c.getMethods();
            // 遍历接口的方法
            for (Method method : methods) {
                // 通过反射创建对象
                Student student = (Student) studentClass.newInstance();
                // 通过反射调用方法
                method.invoke(student, null);
            }
        }
    }
}

结果如下:

可以看出其实我们可以获取到接口的数组,并且里面的顺序是我们继承的顺序,通过接口的Class对象,我们可以获取到接口的方法,然后通过方法反射调用实现类的方法,因为这是一个无参数的方法,所以只需要传null即可。

2.6 获取父类相关信息

主要是使用getSuperclass()方法获取父类,当然也可以获取父类的方法,执行父类的方法,首先创建一个Animal.java:

public class Animal {
    public void doSomething(){
        System.out.println("animal do something");
    }
}

Dog.java继承于Animal.java

public class Dog extends Animal{
    public void doSomething(){
        System.out.println("Dog do something");
    }
}

我们可以通过反射创建Dog对象,获取其父类Animal以及创建对象,当然也可以获取Animal的默认父类Object

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> dogClass = Class.forName("invocation02.Dog");
        System.out.println(dogClass);
        invoke(dogClass);

        Class<?> animalClass = dogClass.getSuperclass();
        System.out.println(animalClass);
        invoke(animalClass);

        Class<?> objectClass = animalClass.getSuperclass();
        System.out.println(objectClass);
        invoke(objectClass);
    }

    public static void invoke(Class<?> myClass) throws Exception {
        Method[] methods = myClass.getMethods();
        // 遍历接口的方法
        for (Method method : methods) {
            if (method.getName().equalsIgnoreCase("doSomething")) {
                // 通过反射调用方法
                method.invoke(myClass.newInstance(), null);
            }
        }
    }
}

输入如下:

2.7 获取当前类的公有属性和私有属性以及更新

创建一个Person.java,里面有静态变量,非静态变量,以及publicprotected,private不同修饰的属性。

public class Person {

    public static String type ;

    private static String subType ;

    // 名字(公开)
    public String name;

    protected String gender;

    private String address;

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}

使用getFields()可以获取到public的属性,包括static属性,使用getDeclaredFields()可以获取所有声明的属性,不管是publicprotected,private不同修饰的属性。

修改public属性,只需要field.set(object,value)即可,但是private属性不能直接set,否则会报以下的错误。

Exception in thread "main" java.lang.IllegalAccessException: Class invocation03.Tests can not access a member of class invocation03.Person with modifiers "private"
	at sun.reflect.Reflection.ensureMemberAccess(Reflection.java:102)
	at java.lang.reflect.AccessibleObject.slowCheckMemberAccess(AccessibleObject.java:296)
	at java.lang.reflect.AccessibleObject.checkAccess(AccessibleObject.java:288)
	at java.lang.reflect.Field.set(Field.java:761)
	at invocation03.Tests.main(Tests.java:21)

那么需要怎么做呢?private默认是不允许外界操作其值的,这里我们可以使用field.setAccessible(true);,相当于打开了操作的权限。

那static的属性修改和非static的一样,但是我们怎么获取呢?
如果是public修饰的,可以直接用类名获取到,如果是private修饰的,那么需要使用filed.get(object),这个方法其实对上面说的所有的属性都可以的。
测试代码如下

public class Tests {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Class<?> personClass = Class.forName("invocation03.Person");
        Field[] fields = personClass.getFields();
        // 获取公开的属性
        for(Field field:fields){
            System.out.println(field);
        }
        System.out.println("=================");
        // 获取所有声明的属性
        Field[] declaredFields = personClass.getDeclaredFields();
        for(Field field:declaredFields){
            System.out.println(field);
        }
        System.out.println("=================");
        Person person = (Person) personClass.newInstance();
        person.name = "Sam";
        System.out.println(person);

        // 修改public属性
        Field fieldName = personClass.getDeclaredField("name");
        fieldName.set(person,"Jone");

        // 修改private属性
        Field addressName = personClass.getDeclaredField("address");
        // 需要修改权限
        addressName.setAccessible(true);
        addressName.set(person,"东风路47号");
        System.out.println(person);

        // 修改static 静态public属性
        Field typeName = personClass.getDeclaredField("type");
        typeName.set(person,"人类");
        System.out.println(Person.type);

        // 修改静态 private属性
        Field subType = personClass.getDeclaredField("subType");
        subType.setAccessible(true);
        subType.set(person,"黄种人");
        System.out.println(subType.get(person));
    }
}

结果:

从结果可以看出,不管是public,还是protectedprivate修饰的,我们都可以通过反射对其进行查询和修改,不管是静态变量还是非静态变量。
getDeclaredField()可以获取到所有声明的属性,而getFields()则只能获取到public的属性。对于非public的属性,我们需要修改其权限才能访问和修改:field.setAccessible(true)

获取属性值需要使用field.get(object),值得注意的是:每个属性,其本身就是对象

2.8 获取以及调用类的公有/私有方法

既然可以获取到公有属性和私有属性,那么我想,执行公有方法和私有方法应该都不是什么问题?

那下面我们一起来学习一下...

先定义一个类,包含各种修饰符,以及是否包含参数,是否为静态方法,Person.java:

public class Person {
    // 非静态公有无参数
    public void read(){
        System.out.println("reading...");
    }

    // 非静态公有无参数有返回
    public String getName(){
        return "Sam";
    }

    // 非静态公有带参数   
    public int readABookPercent(String name){
        System.out.println("read "+name);
        return 80;
    }

    // 私有有返回值
    private String getAddress(){
        return "东方路";
    }

    // 公有静态无参数无返回值
    public static void staticMethod(){
        System.out.println("static public method");
    }

    // 公有静态有参数
    public static void staticMethodWithArgs(String args){
        System.out.println("static public method:"+args);
    }

    // 私有静态方法
    private static void staticPrivateMethod(){
        System.out.println("static private method");
    }
}

首先我们来看看获取里面所有的方法:

public class Tests {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> personClass = Class.forName("invocation03.Person");
        Method[] methods = personClass.getMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method);
        }

        System.out.println("=============================================");
        Method[] declaredMethods = personClass.getDeclaredMethods();
        for (Method method : declaredMethods) {
            System.out.println(method);
        }
    }
}

结果如下:

咦,我们发现getMethods()确实可以获取所有的公有的方法,但是有一个问题,就是他会把父类的也获取到,也就是上面图片绿色框里面的,我们知道所有的类默认都继承了Object类,所以它把Object的那些方法都获取到了。
getDeclaredMethods确实可以获取到公有和私有的方法,不管是静态还是非静态,但是它是获取不到父类的方法的。

那如果我们想调用方法呢?先试试调用非静态方法:

public class Tests {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> personClass = Class.forName("invocation03.Person");
        Person person = (Person) personClass.newInstance();
        Method[] declaredMethods = personClass.getDeclaredMethods();
        for (Method method : declaredMethods) {
            if(method.getName().equalsIgnoreCase("read")){
                method.invoke(person,null);
                System.out.println("===================");
            }else if(method.getName().equalsIgnoreCase("getName")){
                System.out.println(method.invoke(person,null));
                System.out.println("===================");
            }else if(method.getName().equalsIgnoreCase("readABookPercent")){
                System.out.println(method.invoke(person,"Sam"));
                System.out.println("===================");
            }
        }

    }
}

结果如下,可以看出method.invoke(person,null);是调用无参数的方法,而method.invoke(person,"Sam")则是调用有参数的方法,要是有更多参数,也只需要在里面多加一个参数即可,返回值也同样可以获取到。

那么private方法呢?我们照着来试试,试试就试试,who 怕 who?

public class Tests {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> personClass = Class.forName("invocation03.Person");
        Person person = (Person) personClass.newInstance();
        Method[] declaredMethods = personClass.getDeclaredMethods();
        for (Method method : declaredMethods) {
            if(method.getName().equalsIgnoreCase("getAddress")){
                method.invoke(person,null);
            }
        }

    }
}

结果报错了:

Exception in thread "main" java.lang.IllegalAccessException: Class invocation03.Tests can not access a member of class invocation03.Person with modifiers "private"
	at sun.reflect.Reflection.ensureMemberAccess(Reflection.java:102)
	at java.lang.reflect.AccessibleObject.slowCheckMemberAccess(AccessibleObject.java:296)
	at java.lang.reflect.AccessibleObject.checkAccess(AccessibleObject.java:288)
	at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:491)
	at invocation03.Tests.main(Tests.java:13)

一看就是没有权限,小场面,不要慌,我来操作一波,只要加上

method.setAccessible(true);

哦豁,完美解决了...

那么问题来了,上面说的都是非静态的,我就想要调用静态的方法。
当然用上面的方法,对象也可以直接调用到类的方法的:

一点问题都没有,为什么输出结果有几个null,那是因为这函数是无返回值的呀,笨蛋...

如果我不想用遍历方法的方式,再去判断怎么办?能不能直接获取到我想要的方法啊?那答案肯定是可以啊。

public class Tests {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> personClass = Class.forName("invocation03.Person");
        Person person = (Person) personClass.newInstance();
        Method method = personClass.getMethod("readABookPercent", String.class);
        method.invoke(person, "唐诗三百首");
    }
}

结果和上面调用的完全一样,图我就不放了,就一行字。要是这个方法没有参数呢?那就给一个null就可以啦。或者不给也可以。

public class Tests {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> personClass = Class.forName("invocation03.Person");
        Person person = (Person) personClass.newInstance();
        Method method = personClass.getMethod("getName",null);
        System.out.println(method.invoke(person));
    }
}

三、反射的优缺点

3.1 优点

反射可以在不知道会运行哪一个类的情况下,获取到类的信息,创建对象以及操作对象。这其实很方便于拓展,所以反射会是框架设计的灵魂,因为框架在设计的时候,为了降低耦合度,肯定是需要考虑拓展等功能的,不能将类型写死,硬编码。

降低耦合度,变得很灵活,在运行时去确定类型,绑定对象,体现了多态功能。

3.2 缺点

这么好用,没有缺点?怎么可能!!!有利就有弊,事物都是有双面性的。
即使功能很强大,但是反射是需要动态类型的,JVM没有办法优化这部分代码,执行效率相对直接初始化对象较低。一般业务代码不建议使用。

反射可以修改权限,比如上面访问到private这些方法和属性,这是会破坏封装性的,有安全隐患,有时候,还会破坏单例的设计。

反射会使代码变得复杂,不容易维护,毕竟代码还是要先写给人看的嘛,逃~

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技术之路不在一时,山高水长,纵使缓慢,驰而不息。

Q.E.D.

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纵然缓慢,驰而不息。