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Java 反射机制（Reflection）

news 来源：原创 2025/5/14 10:30:53

一、理论说明

1. 反射的定义

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。反射机制允许程序在运行时通过 API 检查和操作类、方法、字段等，提供了极大的灵活性，但也伴随着一定的性能开销。

2. 反射与普通编程的区别

编译时 vs 运行时：
- 普通编程方式在编译时就需要确定要使用的类、方法和字段，代码在编译时就已经绑定到具体的类和方法。
- 反射机制是在运行时动态获取类的信息并调用方法，程序在运行时可以根据需要加载和使用类，无需在编译时确定。
灵活性与性能：
- 反射机制提供了极高的灵活性，可以在运行时动态创建对象、调用方法、访问和修改字段，适用于框架开发、工具类实现等场景。
- 但反射的性能相对较低，因为它涉及到动态解析类和方法，比直接调用方法的开销要大得多。普通编程方式在编译时已经确定了调用关系，执行效率更高。
代码可读性与安全性：
- 反射代码通常比较复杂，可读性较差，因为它涉及到大量的字符串操作和类型转换，增加了代码的理解难度。
- 反射可以访问和修改对象的私有成员，这可能会破坏类的封装性，降低代码的安全性。普通编程方式通过访问控制符（如private、protected）可以更好地保证类的封装性。

二、常用类与方法

1. `Class`类

Class类是反射机制的核心，它代表一个类或接口。获取Class对象的三种主要方式：

Class.forName("全类名")：通过类的全限定名获取，适用于在编译时不知道类名的情况。例如：
```
Class<?> clazz = Class.forName("java.util.ArrayList");
```
类名.class：通过类名直接获取，适用于在编译时已经知道类名的情况。例如：
```
Class<String> clazz = String.class;
```
对象.getClass()：通过对象实例获取，适用于已经有对象实例的情况。例如：
```
String str = "hello";
Class<? extends String> clazz = str.getClass();
```
2. 获取构造方法

通过Class对象可以获取类的构造方法，主要方法有：
getConstructors()：获取所有public构造方法。
getDeclaredConstructors()：获取所有构造方法（包括私有、受保护的）。
getConstructor(Class<?>... parameterTypes)：获取指定参数类型的public构造方法。

getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes)：获取指定参数类型的构造方法（包括私有、受保护的）。
例如：

import java.lang.reflect.Constructor;public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {Class<?> clazz = Class.forName("java.util.ArrayList");Constructor<?> constructor = clazz.getConstructor();Object obj = constructor.newInstance();}
}

3. 获取方法

通过Class对象可以获取类的方法，主要方法有：

getMethods()：获取所有public方法（包括继承的）。
getDeclaredMethods()：获取所有方法（包括私有、受保护的，但不包括继承的）。
getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：获取指定名称和参数类型的public方法。

getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：获取指定名称和参数类型的方法（包括私有、受保护的）。
例如：

import java.lang.reflect.Method;public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {Class<?> clazz = String.class;Method method = clazz.getMethod("substring", int.class);String str = "hello";Object result = method.invoke(str, 2);System.out.println(result);}
}

4. 获取字段

通过Class对象可以获取类的字段，主要方法有：

getFields()：获取所有public字段（包括继承的）。
getDeclaredFields()：获取所有字段（包括私有、受保护的，但不包括继承的）。
getField(String name)：获取指定名称的public字段。

getDeclaredField(String name)：获取指定名称的字段（包括私有、受保护的）。
例如：

import java.lang.reflect.Field;public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {Class<?> clazz = java.util.Date.class;Object obj = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();Field field = clazz.getDeclaredField("fastTime");field.setAccessible(true);field.set(obj, 123456789L);System.out.println(obj);}
}

三、应用实例

以下代码展示了反射机制的综合应用：

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;class Person {private String name;public int age;public Person() {}private Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}private String sayHello(String message) {return "Hello, " + message + "! I'm " + name;}
}public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 获取Class对象Class<?> clazz = Class.forName("Person");// 2. 使用私有构造方法创建对象Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);constructor.setAccessible(true);Object person = constructor.newInstance("John", 30);// 3. 访问和修改私有字段Field nameField = clazz.getDeclaredField("name");nameField.setAccessible(true);nameField.set(person, "Mike");// 4. 访问和修改公有字段Field ageField = clazz.getField("age");ageField.set(person, 35);// 5. 调用公有方法Method getNameMethod = clazz.getMethod("getName");String name = (String) getNameMethod.invoke(person);System.out.println("Name: " + name);// 6. 调用私有方法Method sayHelloMethod = clazz.getDeclaredMethod("sayHello", String.class);sayHelloMethod.setAccessible(true);String result = (String) sayHelloMethod.invoke(person, "World");System.out.println("Method result: " + result);}
}

代码解释

获取Class对象：使用Class.forName()方法获取Person类的Class对象。
创建对象：通过反射获取私有构造方法Person(String, int)，并使用setAccessible(true)打破访问限制，创建Person对象。
访问和修改字段：通过反射获取私有字段name和公有字段age，使用setAccessible(true)访问私有字段，并修改字段值。
四、面试题

题目：

答案：

五、自我总结

通过对 Java 反射机制的学习，我们掌握了一种强大的运行时类操作工具。反射机制在框架开发、工具类实现、ORM 映射等场景中发挥着重要作用，它允许程序在运行时动态获取类的信息并操作对象。然而，反射也有其局限性，如性能开销较大、破坏类的封装性、代码可读性差等。因此，在实际开发中，应谨慎使用反射，只有在确实需要动态创建对象、调用方法或访问字段时才考虑使用。合理运用反射机制可以提高代码的灵活性和可扩展性，但过度使用会导致代码复杂度增加，维护难度加大。