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Java 进阶：反射机制深度解析

news 2025/11/13 7:40:03

Java-day19

一、反射机制概述：什么是 Java 反射？

1.1 反射的定义

Java 反射是指程序在**运行时**可以**获取类的所有信息**（包括接口、父类、构造器、方法、变量等），并可以动态操作类的成员（如创建对象、调用方法、修改变量）的能力。

简单来说，反射让 Java 程序具备了“**自我检查**”和“**动态操作**”的特性，是 Java 实现“元编程”的核心机制。

1.2 反射的应用场景

- 框架开发（如 Spring、MyBatis）：通过反射实现组件的自动装配、SQL 语句与方法的映射等；

- 动态代理：在运行时生成代理类，实现 AOP（面向切面编程）；

- 类信息检查：在工具类中获取类的结构信息（如 IDE 的“查看类结构”功能）。

二、反射的原理：类加载与 Class 对象

2.1 类的加载过程

Java 类的生命周期分为三个阶段：

- **磁盘文件阶段**：类以 .java 源文件或 .class 字节码文件的形式存储在磁盘；

- **类对象阶段**：编译器将 .java 编译为 .class 后，JVM 加载 .class 文件，将类的信息（接口、父类、构造器、方法、变量等）封装到一个 Class 对象中，并存储在方法区；

- **运行时阶段**：通过 Class 对象创建实例，执行对象的方法。

**核心**：类的信息（如成员变量、方法）主要存储在**类对象阶段**的 Class 对象中，反射的所有操作都基于这个 Class 对象。

2.2 Class 对象的获取方式

每个类在 JVM 中都有且仅有一个 Class 对象，获取 Class 对象有三种方式：

（1）通过 Class.forName("全类名") 获取（最常用，支持动态加载）

```java

try {Class clazz = Class.forName("com.qcby.Animal");} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}

```

（2）通过类名.class 获取（编译期确定类，静态方式）

```java

Class clazz = Animal.class;

```

（3）通过对象.getClass() 获取（基于已有对象）

```java

Animal animal = new Animal();Class clazz = animal.getClass();

```

**验证：三种方式获取的是同一个 Class 对象**

```java

public class Test {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {// 方式1Class clazz1 = Class.forName("com.qcby.Animal");// 方式2Class clazz2 = Animal.class;// 方式3Animal animal = new Animal();Class clazz3 = animal.getClass();// 比较是否为同一个对象System.out.println(clazz1 == clazz2); // trueSystem.out.println(clazz2 == clazz3); // true}}

```

**结论**：一个类在一次程序运行过程中只会被加载一次，因此通过任何方式获取的 Class 对象都是同一个。

三、反射实战：获取类的信息

3.1 获取类的成员变量（Field）

通过 Class 对象可以获取类的所有变量（包括公共、私有、静态变量等）。

（1）获取所有声明的变量（含私有、保护）：getDeclaredFields()

```java

import java.lang.reflect.Field;import java.util.Arrays;public class FieldDemo {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {Class clazz = Class.forName("com.qcby.Animal");Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();System.out.println("所有声明的变量：" + Arrays.toString(declaredFields));}}

```

（2）获取公共变量（仅 public 修饰）：getFields()

```java

Field[] fields = clazz.getFields();System.out.println("公共变量：" + Arrays.toString(fields));

```

3.2 获取类的方法（Method）

通过 Class 对象可以获取类的所有方法（包括公共、私有、静态方法等）。

（1）获取所有声明的方法（含私有、保护）：getDeclaredMethods()

```java

import java.lang.reflect.Method;import java.util.Arrays;public class MethodDemo {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {Class clazz = Class.forName("com.qcby.Animal");Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();System.out.println("所有声明的方法：" + Arrays.toString(declaredMethods));}}

```

（2）获取公共方法（仅 public 修饰，包括继承的方法）：getMethods()

```java

Method[] methods = clazz.getMethods();System.out.println("公共方法：" + Arrays.toString(methods));

```

3.3 获取类的构造器（Constructor）

通过 Class 对象可以获取类的所有构造器。

（1）获取所有声明的构造器（含私有、保护）：getDeclaredConstructors()

```java

import java.lang.reflect.Constructor;import java.util.Arrays;public class ConstructorDemo {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {Class clazz = Class.forName("com.qcby.Animal");Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();System.out.println("所有声明的构造器：" + Arrays.toString(declaredConstructors));}}

```

（2）获取公共构造器（仅 public 修饰）：getConstructors()

```java

Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();System.out.println("公共构造器：" + Arrays.toString(constructors));

```

3.4 获取类的其他信息（父类、接口等）

```java

// 获取父类

Class superClass = clazz.getSuperclass();System.out.println("父类：" + superClass.getName());// 获取实现的接口Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();System.out.println("实现的接口：" + Arrays.toString(interfaces));

```

四、反射进阶：动态操作类的成员

4.1 动态创建对象（通过构造器）

```java

import java.lang.reflect.Constructor;public class CreateObjectDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {Class clazz = Class.forName("com.qcby.Animal");// 方式1：调用无参构造器（类必须有无参构造器）Animal animal = (Animal) clazz.newInstance(); // JDK 9 后已过时，推荐方式2// 方式2：通过 Constructor 对象调用指定构造器Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class, Integer.class, String.class, String.class);Animal animal2 = (Animal) constructor.newInstance("小花", 2, "雌性", "白色");}}

```

4.2 动态调用方法

```java

import java.lang.reflect.Method;public class InvokeMethodDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {Class clazz = Class.forName("com.qcby.Animal");Animal animal = (Animal) clazz.getConstructor().newInstance();// 获取方法：第一个参数是方法名，后面是参数类型Method eatMethod = clazz.getDeclaredMethod("eat", String.class);// 调用方法：第一个参数是对象（静态方法传 null），后面是方法参数eatMethod.invoke(animal, "鱼肉"); // 输出：鱼肉~// 调用静态方法Method staticEatMethod = clazz.getDeclaredMethod("eat", String.class);staticEatMethod.invoke(null, "猫粮"); // 输出：猫粮~}}

```

4.3 动态修改变量

```java

import java.lang.reflect.Field;public class ModifyFieldDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {Class clazz = Class.forName("com.qcby.Animal");Animal animal = (Animal) clazz.getConstructor().newInstance();// 获取变量（支持私有变量，需设置可访问）Field nameField = clazz.getDeclaredField("name");nameField.setAccessible(true); // 突破私有访问限制nameField.set(animal, "小黑"); // 修改变量值System.out.println(animal.getName()); // 输出：小黑}}

```