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Java反射完全指南：从入门到精通

news 2025/11/12 10:24:57

🎯 适合人群：Java小白到进阶开发者
🧭 学习目标：全面理解 Class、反射获取类信息/字段/方法/构造、类加载器、常见异常与最佳实践
⏱️ 阅读时长：约30-40分钟

🧠 为什么要学反射？

反射（Reflection）让我们在“运行时”动态地检查和操作类的结构：查询类名、父类、接口，读取/设置字段值，调用方法，构造对象。它是很多框架（Spring、ORM、序列化、依赖注入）背后的基石。

记住两件事：

反射是“动态”的（运行时），能做编译期做不到的事；
功能强、开销也更高，用在“需要动态性”的地方（如配置驱动、框架内部）。

🔤 反射与 Class：拿到“类的镜子”

获取 Class 的三种方式：

// 1) 通过类名 .class（编译期已知类型）
Class<Student> c1 = Student.class;
// 2) 通过对象实例 .getClass()
Student s = new Student();
Class<?> c2 = s.getClass();
// 3) 通过全限定名 Class.forName（运行时按名称加载）
Class<?> c3 = Class.forName("chapter10.Student");

区别：Class.forName 会触发类加载（可能执行静态代码块），而 .class/getClass() 通常不会立即初始化。

🧱 读取类的基本信息（基于 chapter10 示例）

示例参考 Java01_Reflect.java：

User user = new Child();
Class<? extends User> aClass = user.getClass();
System.out.println(aClass.getName());         // 包+类名
System.out.println(aClass.getSimpleName());   // 简单类名
System.out.println(aClass.getPackageName());  // 包名Class<?> superClass = aClass.getSuperclass(); // 父类
Class<?>[] interfaces = aClass.getInterfaces(); // 接口数组int modifiers = aClass.getModifiers();        // 修饰符位掩码
boolean isPrivate = java.lang.reflect.Modifier.isPrivate(modifiers);

注意：示例中出现的 aClass.getField("xxxxx") 或 getDeclaredMethod("xxxx") 只是占位写法，真实运行会 NoSuchFieldException/NoSuchMethodException。下文给出正确示例。

🧩 字段 / 方法 / 构造的获取与使用

字段（Field）：

// 仅 public 字段（含父类）
Field[] publicFields = aClass.getFields();
// 所有声明的字段（不含父类）
Field[] allFields = aClass.getDeclaredFields();// 单个字段
Field f = aClass.getDeclaredField("account"); // 可访问私有字段
f.setAccessible(true);                        // 关闭权限检查（有风险，需受信任环境）
Object value = f.get(obj);
f.set(obj, "admin");

方法（Method）：

// 仅 public 方法（含父类）
Method[] publicMethods = aClass.getMethods();
// 所有声明的方法（不含父类）
Method[] declaredMethods = aClass.getDeclaredMethods();// 单个无参方法
Method m1 = aClass.getMethod("login");
Object r1 = m1.invoke(obj);// 单个有参方法
Method m2 = aClass.getMethod("setAge", int.class);
m2.invoke(obj, 18);

构造（Constructor）：

// 仅 public 构造器
Constructor<?>[] publicCtors = aClass.getConstructors();
// 所有声明的构造器
Constructor<?>[] allCtors = aClass.getDeclaredConstructors();// 无参构造
Constructor<?> ctor0 = aClass.getDeclaredConstructor();
ctor0.setAccessible(true);
Object obj = ctor0.newInstance();// 有参构造
Constructor<?> ctor = aClass.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
Object obj2 = ctor.newInstance("Tom", 18);

🧪 实战：登录小练习（修正版）

参考 Java03_Reflect_Test.java，原代码通过反射设值并调用 login()：

Class<?> empClass = Emp.class;
Constructor<?> ctor = empClass.getDeclaredConstructor();
Object emp = ctor.newInstance();Field account = empClass.getField("account");   // 这里字段是 public，getField 可用
Field password = empClass.getField("password");
account.set(emp, "admin");
password.set(emp, "admin");Method login = empClass.getMethod("login");
Object result = login.invoke(emp);
System.out.println(result); // true / false

如果字段是私有：

Field account = empClass.getDeclaredField("account");
account.setAccessible(true);
account.set(emp, "admin");

🧰 类加载器（ClassLoader）与“谁来加载类”

参考 Java02_Reflect_ClassLoader.java：

Class<Student> studentClass = Student.class;
ClassLoader cl = studentClass.getClassLoader();
System.out.println(cl);                 // AppClassLoader（应用类加载器）
System.out.println(cl.getParent());     // PlatformClassLoader（平台类加载器）
System.out.println(cl.getParent().getParent()); // 可能为 null（引导类加载器用 C/C++ 实现，不是 Java 对象）Class<String> stringClass = String.class;
System.out.println(stringClass.getClassLoader()); // 一般是 null，表示由引导类加载器加载

类加载器常见“三层”模型：

BootstrapClassLoader（引导/启动类加载器）：加载核心类库（java.*），在 Java 代码中表现为 null。
PlatformClassLoader（平台类加载器）：加载 Java 平台模块。
AppClassLoader（应用类加载器）：加载应用 classpath 下的类（我们写的类）。

口诀：核心类库（null）→ 平台 → 应用。输出的第三级通常是 null，不是异常。

🚨 常见异常与避坑（基于 `Java04_Reflect_Exception.java`）

原文件中有一段：

Class<?> empClass = Class.forName("chapter10.Emp");

但同文件只定义了 class Emp4，这会导致 ClassNotFoundException。应改为：

Class<?> empClass = Class.forName("chapter10.Emp4");

同时，注释中的异常解释更正：

ClassNotFoundException：类找不到（Class.forName 指向的类名不对 / 未在类路径）。
NoSuchMethodException：找不到指定方法。
IllegalArgumentException：传入方法/构造的参数不合法。
NoSuchFieldException：找不到指定字段（原注释“没有顺序的异常”应为“没有字段”）。
IllegalAccessException：访问受限（未 setAccessible(true) 等）。
InvocationTargetException：反射调用方法时，方法内部抛出了异常，会被包裹到此异常中。

完整可运行修正版片段：

Class<?> empClass = Class.forName("chapter10.Emp4");
Constructor<?> ctor = empClass.getDeclaredConstructor();
Object emp = ctor.newInstance();Field account = empClass.getField("account");
Field password = empClass.getField("password");
account.set(emp, "admin");
password.set(emp, "admin");Method login = empClass.getMethod("login");
Object result = login.invoke(emp);
System.out.println(result);

🧭 最佳实践速记

尽量优先常规调用，反射用于“确有动态需求”时。
使用 getDeclaredXxx 可获取私有成员，需 setAccessible(true)，并确保受信任环境。
通过 getMethods()/getFields() 只能拿到 public（含父类），要拿本类私有成员用 getDeclaredXxx。
Class.forName 需要全限定名，且可能触发初始化（注意副作用与性能）。
反射有开销，涉及热点路径时可做缓存（例如缓存 Method/Constructor 对象）。

🧪 进阶加餐：动态调用有参方法与私有方法

class Person {private String name = "Tom";private int age = 18;private String secret(String prefix) { return prefix + name + ":" + age; }
}public class InvokeDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {Class<?> c = Person.class;Object p = c.getDeclaredConstructor().newInstance();// 访问/修改私有字段Field f = c.getDeclaredField("name");f.setAccessible(true);System.out.println("old: " + f.get(p));f.set(p, "Jerry");// 调用私有有参方法Method m = c.getDeclaredMethod("secret", String.class);m.setAccessible(true);Object ret = m.invoke(p, ">> ");System.out.println(ret); // >> Jerry:18}
}