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Java 反射机制详解

news 来源：原创 2025/5/15 7:38:28

Java 反射机制详解

1. 什么是 Java 反射机制？

Java 反射（Reflection）是一种运行时动态获取类信息并操作类及对象的机制。通过反射，我们可以在程序运行时获取类的字段（Field）、方法（Method）、构造方法（Constructor）等信息，并可以动态调用对象的方法、修改对象的字段值，甚至可以创建对象。

反射的核心 API 位于 java.lang.reflect 包中，包括：

Class<T>：表示一个类的运行时对象，可以获取类的元数据，如类名、字段、方法等。
Field：用于表示类的字段（成员变量）。
Method：用于表示类的方法。
Constructor<T>：用于表示类的构造方法。

2. 为什么要用反射？

通常情况下，我们在编译时就已经确定了类、方法、字段等信息，并直接进行调用。但在某些情况下，我们需要在 运行时动态地操作对象，比如：

框架设计（如 Spring、MyBatis）：框架需要在运行时动态加载类、创建实例、调用方法。
泛型擦除的处理：Java 运行时会擦除泛型信息，而反射可以帮助获取泛型类型参数。
动态代理：如 JDK 动态代理（Proxy）就是基于反射实现的。
序列化和反序列化：如 Jackson、FastJSON 需要通过反射获取对象信息进行 JSON 解析。
开发工具：如 IDE 需要分析 Java 类的结构来提供代码补全、重构等功能。

3. 反射的应用场景

框架开发（Spring、MyBatis、Hibernate）
动态加载类（如插件机制）
序列化/反序列化
JDBC 连接数据库时的驱动加载
测试框架（JUnit）
依赖注入

4. 反射的优缺点

优点

提高灵活性：可以在运行时动态创建对象、调用方法、访问字段，使程序更具扩展性。
支持框架开发：很多框架（Spring、MyBatis 等）利用反射实现对象的创建和依赖注入。
适用于未知类型：适合处理编译时未知类型的类（如插件、动态代理等）。

缺点

性能开销大：反射是基于 JVM 内部解析的，性能比直接调用慢。
安全风险：可以绕过访问修饰符（如 private），可能破坏封装性。
代码可读性降低：相比直接调用，反射代码更复杂，不容易维护。

5. 获取 `Class` 对象的几种方式

在 Java 中，有以下几种方式可以获取 Class 对象：

方式 1：使用 `Class.forName(String className)`

Class<?> clazz = Class.forName("com.example.MyClass");

适用于 已知类名（字符串） 的情况，通常用于 动态加载类，比如 JDBC 驱动加载：

Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");

方式 2：使用 `.class`

Class<MyClass> clazz = MyClass.class;

适用于 编译时已知的类，通常用于泛型的类型信息传递。

方式 3：使用 `对象.getClass()`

MyClass obj = new MyClass();
Class<?> clazz = obj.getClass();

适用于 已知对象实例 的情况。

方式 4：使用 `ClassLoader`

Class<?> clazz = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("com.example.MyClass");

适用于 类加载的管理，如插件机制。

6. 反射的基本操作

1. 获取类的构造方法

Class<?> clazz = Class.forName("com.example.MyClass");

// 获取所有构造方法
Constructor<?>[] constructors = clazz.getDeclaredConstructors();

// 获取指定参数类型的构造方法
Constructor<?> constructor = clazz.getConstructor(String.class);
Object obj = constructor.newInstance("Hello");

2. 获取类的字段（包括私有字段）

Field field = clazz.getDeclaredField("name");
field.setAccessible(true); // 允许访问私有字段
field.set(obj, "New Value");

3. 获取类的方法并调用

Method method = clazz.getDeclaredMethod("sayHello", String.class);
method.setAccessible(true);
method.invoke(obj, "World");

4. 通过反射创建对象

Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();

7. 完整示例：使用反射操作类

创建一个简单的 Person 类：

package com.example;

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person() {}

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

    private void sayHello(String message) {
        System.out.println(name + " says: " + message);
    }
}

使用反射操作 `Person` 类

import java.lang.reflect.*;

public class ReflectionDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取 Class 对象
        Class<?> clazz = Class.forName("com.example.Person");

        // 通过反射创建对象
        Constructor<?> constructor = clazz.getConstructor(String.class, int.class);
        Object person = constructor.newInstance("Alice", 25);

        // 访问私有字段
        Field field = clazz.getDeclaredField("name");
        field.setAccessible(true);
        field.set(person, "Bob");
        
        // 调用私有方法
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sayHello", String.class);
        method.setAccessible(true);
        method.invoke(person, "Hello, Reflection!");
    }
}

输出

Bob says: Hello, Reflection!

8. 总结

功能	API
获取 `Class` 对象	`Class.forName()`、`.class`、`getClass()`
获取构造方法	`getConstructor()`、`getDeclaredConstructors()`
获取字段	`getField()`、`getDeclaredField()`
获取方法	`getMethod()`、`getDeclaredMethod()`
创建对象	`newInstance()`
调用方法	`invoke()`