Java基礎學習之反射機制原理詳解

更新時間：2022年04月06日 16:30:48 作者：張維鵬

反射是框架的靈魂，Java框架底層都是用反射機制+xml配置等來實現(xiàn)的，本文將通過示例詳細講解Java中的反射機制，感興趣的小伙伴可以跟隨小編學習一下

一、什么是反射

（1）Java反射機制的核心是在程序運行時動態(tài)加載類并獲取類的詳細信息，從而操作類或?qū)ο蟮膶傩院头椒?。本質(zhì)是JVM得到class對象之后，再通過class對象進行反編譯，從而獲取對象的各種信息。

（2）Java屬于先編譯再運行的語言，程序中對象的類型在編譯期就確定下來了，而當程序在運行時可能需要動態(tài)加載某些類，這些類因為之前用不到，所以沒有被加載到JVM。通過反射，可以在運行時動態(tài)地創(chuàng)建對象并調(diào)用其屬性，不需要提前在編譯期知道運行的對象是誰。

二、反射的原理

下圖是類的正常加載過程、反射原理與class對象：

Class對象的由來是將.class文件讀入內(nèi)存，并為之創(chuàng)建一個Class對象。

三、反射的優(yōu)缺點

1、優(yōu)點：在運行時獲得類的各種內(nèi)容，進行反編譯，對于Java這種先編譯再運行的語言，能夠讓我們很方便的創(chuàng)建靈活的代碼，這些代碼可以在運行時裝配，無需在組件之間進行源代碼的鏈接，更加容易實現(xiàn)面向?qū)ο蟆?/p>

2、缺點：（1）反射會消耗一定的系統(tǒng)資源，因此，如果不需要動態(tài)地創(chuàng)建一個對象，那么就不需要用反射；

（2）反射調(diào)用方法時可以忽略權(quán)限檢查，因此可能會破壞封裝性而導致安全問題。

四、反射的用途

1、反編譯：.class-->.java

2、通過反射機制訪問java對象的屬性，方法，構(gòu)造方法等

3、當我們在使用IDE,比如Ecplise時，當我們輸入一個對象或者類，并想調(diào)用他的屬性和方法是，一按點號，編譯器就會自動列出他的屬性或者方法，這里就是用到反射。

4、反射最重要的用途就是開發(fā)各種通用框架。比如很多框架（Spring）都是配置化的（比如通過XML文件配置Bean），為了保證框架的通用性，他們可能需要根據(jù)配置文件加載不同的類或者對象，調(diào)用不同的方法，這個時候就必須使用到反射了，運行時動態(tài)加載需要的加載的對象。

5、例如，在使用Strut2框架的開發(fā)過程中，我們一般會在struts.xml里去配置Action，比如

<action name="login" class="org.ScZyhSoft.test.action.SimpleLoginAction" method="execute">   
    <result>/shop/shop-index.jsp</result>           
    <result name="error">login.jsp</result>       
</action>

比如我們請求login.action時，那么StrutsPrepareAndExecuteFilter就會去解析struts.xml文件，從action中查找出name為login的Action，并根據(jù)class屬性創(chuàng)建SimpleLoginAction實例，并用Invoke方法來調(diào)用execute方法，這個過程離不開反射。配置文件與Action建立了一種映射關(guān)系，當View層發(fā)出請求時，請求會被StrutsPrepareAndExecuteFilter攔截，然后StrutsPrepareAndExecuteFilter會去動態(tài)地創(chuàng)建Action實例。

比如，加載數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的，用到的也是反射。

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); // 動態(tài)加載mysql驅(qū)動

五、反射機制常用的類

Java.lang.Class;

Java.lang.reflect.Constructor;

Java.lang.reflect.Field;

Java.lang.reflect.Method;

Java.lang.reflect.Modifier;

六、反射的基本使用

1、獲得Class：主要有三種方法：

（1）Object-->getClass

（2）任何數(shù)據(jù)類型（包括基本的數(shù)據(jù)類型）都有一個“靜態(tài)”的class屬性

（3）通過class類的靜態(tài)方法：forName(String className)（最常用）

package fanshe;
 
public class Fanshe {
    public static void main(String[] args) {
        //第一種方式獲取Class對象  
        Student stu1 = new Student();//這一new 產(chǎn)生一個Student對象，一個Class對象。
        Class stuClass = stu1.getClass();//獲取Class對象
        System.out.println(stuClass.getName());
        
        //第二種方式獲取Class對象
        Class stuClass2 = Student.class;
        System.out.println(stuClass == stuClass2);//判斷第一種方式獲取的Class對象和第二種方式獲取的是否是同一個
        
        //第三種方式獲取Class對象
        try {
            Class stuClass3 = Class.forName("fanshe.Student");//注意此字符串必須是真實路徑，就是帶包名的類路徑，包名.類名
            System.out.println(stuClass3 == stuClass2);//判斷三種方式是否獲取的是同一個Class對象
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

注意，在運行期間，一個類，只有一個Class對象產(chǎn)生，所以打印結(jié)果都是true；

三種方式中，常用第三種，第一種對象都有了還要反射干什么，第二種需要導入類包，依賴太強，不導包就拋編譯錯誤。一般都使用第三種，一個字符串可以傳入也可以寫在配置文件中等多種方法。

2、判斷是否為某個類的示例：

一般的，我們使用instanceof 關(guān)鍵字來判斷是否為某個類的實例。同時我們也可以借助反射中Class對象的isInstance()方法來判斷時候為某個類的實例，他是一個native方法。

public native boolean isInstance(Object obj);

3、創(chuàng)建實例：通過反射來生成對象主要有兩種方法：

（1）使用Class對象的newInstance()方法來創(chuàng)建Class對象對應類的實例。

Class<?> c = String.class;
Object str = c.newInstance();

（2）先通過Class對象獲取指定的Constructor對象，再調(diào)用Constructor對象的newInstance()方法來創(chuàng)建對象，這種方法可以用指定的構(gòu)造器構(gòu)造類的實例。

//獲取String的Class對象
Class<?> str = String.class;
//通過Class對象獲取指定的Constructor構(gòu)造器對象
Constructor constructor=c.getConstructor(String.class);
//根據(jù)構(gòu)造器創(chuàng)建實例：
Object obj = constructor.newInstance(“hello reflection”);

4、通過反射獲取構(gòu)造方法并使用：

（1）批量獲取的方法：

public Constructor[] getConstructors()：所有"公有的"構(gòu)造方法

public Constructor[] getDeclaredConstructors()：獲取所有的構(gòu)造方法(包括私有、受保護、默認、公有)

（2）單個獲取的方法，并調(diào)用：

public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes):獲取單個的"公有的"構(gòu)造方法：

public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes):獲取"某個構(gòu)造方法"可以是私有的，或受保護、默認、公有；

（3）調(diào)用構(gòu)造方法：

Constructor-->newInstance(Object... initargs)

newInstance是 Constructor類的方法（管理構(gòu)造函數(shù)的類）

api的解釋為：newInstance(Object... initargs) ，使用此 Constructor 對象表示的構(gòu)造方法來創(chuàng)建該構(gòu)造方法的聲明類的新實例，并用指定的初始化參數(shù)初始化該實例。

它的返回值是T類型，所以newInstance是創(chuàng)建了一個構(gòu)造方法的聲明類的新實例對象，并為之調(diào)用。

例子：

Student類：共六個構(gòu)造方法。

package fanshe;
public class Student {
	//---------------構(gòu)造方法-------------------
	//（默認的構(gòu)造方法）
	Student(String str){
		System.out.println("(默認)的構(gòu)造方法 s = " + str);
	}
	//無參構(gòu)造方法
	public Student(){
		System.out.println("調(diào)用了公有、無參構(gòu)造方法執(zhí)行了。。。");
	}
	//有一個參數(shù)的構(gòu)造方法
	public Student(char name){
		System.out.println("姓名：" + name);
	}
	//有多個參數(shù)的構(gòu)造方法
	public Student(String name ,int age){
		System.out.println("姓名："+name+"年齡："+ age);//這的執(zhí)行效率有問題，以后解決。
	}
	//受保護的構(gòu)造方法
	protected Student(boolean n){
		System.out.println("受保護的構(gòu)造方法 n = " + n);
	}
	//私有構(gòu)造方法
	private Student(int age){
		System.out.println("私有的構(gòu)造方法   年齡："+ age);
	}
}

測試類：

package fanshe;
import java.lang.reflect.Constructor;
 
/*
 * 通過Class對象可以獲取某個類中的：構(gòu)造方法、成員變量、成員方法；并訪問成員；
 * 
 * 1.獲取構(gòu)造方法：
 * 		1).批量的方法：
 * 			public Constructor[] getConstructors()：所有"公有的"構(gòu)造方法
            public Constructor[] getDeclaredConstructors()：獲取所有的構(gòu)造方法(包括私有、受保護、默認、公有)
 * 		2).獲取單個的方法，并調(diào)用：
 * 			public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes):獲取單個的"公有的"構(gòu)造方法：
 * 			public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes):獲取"某個構(gòu)造方法"可以是私有的，或受保護、默認、公有； 		
 * 		3).調(diào)用構(gòu)造方法：
 * 			Constructor-->newInstance(Object... initargs)
 */
public class Constructors {
 
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		//1.加載Class對象
		Class clazz = Class.forName("fanshe.Student");
		
		//2.獲取所有公有構(gòu)造方法
		System.out.println("**********************所有公有構(gòu)造方法*********************************");
		Constructor[] conArray = clazz.getConstructors();
		for(Constructor c : conArray){
			System.out.println(c);
		}
		
		System.out.println("************所有的構(gòu)造方法(包括：私有、受保護、默認、公有)***************");
		conArray = clazz.getDeclaredConstructors();
		for(Constructor c : conArray){
			System.out.println(c);
		}
		
		System.out.println("*****************獲取公有、無參的構(gòu)造方法*******************************");
		Constructor con = clazz.getConstructor(null);
		//1>、因為是無參的構(gòu)造方法所以類型是一個null,不寫也可以：這里需要的是一個參數(shù)的類型，切記是類型
		//2>、返回的是描述這個無參構(gòu)造函數(shù)的類對象。
		System.out.println("con = " + con);
 
		//調(diào)用構(gòu)造方法
		Object obj = con.newInstance();
	//	System.out.println("obj = " + obj);
	//	Student stu = (Student)obj;
		
		System.out.println("******************獲取私有構(gòu)造方法，并調(diào)用*******************************");
		con = clazz.getDeclaredConstructor(char.class);
		System.out.println(con);
		//調(diào)用構(gòu)造方法
		con.setAccessible(true);//暴力訪問(忽略掉訪問修飾符)
		obj = con.newInstance('男');
	}
}

控制臺輸出：

**********************所有公有構(gòu)造方法*********************************
public fanshe.Student(java.lang.String,int)
public fanshe.Student(char)
public fanshe.Student()
************所有的構(gòu)造方法(包括：私有、受保護、默認、公有)***************
private fanshe.Student(int)
protected fanshe.Student(boolean)
public fanshe.Student(java.lang.String,int)
public fanshe.Student(char)
public fanshe.Student()
fanshe.Student(java.lang.String)
*****************獲取公有、無參的構(gòu)造方法*******************************
con = public fanshe.Student()
調(diào)用了公有、無參構(gòu)造方法執(zhí)行了。。。
******************獲取私有構(gòu)造方法，并調(diào)用*******************************
public fanshe.Student(char)
姓名：男

5、獲取成員變量并調(diào)用：

Student類：

package fanshe.field;
 
public class Student {
	public Student(){
		
	}
	//**********字段*************//
	public String name;
	protected int age;
	char sex;
	private String phoneNum;
	
	@Override
	public String toString() {
		return "Student [name=" + name + ", age=" + age + ", sex=" + sex
				+ ", phoneNum=" + phoneNum + "]";
	}
}

測試類：

package fanshe.field;
import java.lang.reflect.Field;
/*
 * 獲取成員變量并調(diào)用：
 * 
 * 1.批量的
 *         1).Field[] getFields():獲取所有的"公有字段"
 *         2).Field[] getDeclaredFields():獲取所有字段，包括：私有、受保護、默認、公有；
 * 2.獲取單個的：
 *         1).public Field getField(String fieldName):獲取某個"公有的"字段；
 *         2).public Field getDeclaredField(String fieldName):獲取某個字段(可以是私有的)
 * 
 *      設置字段的值：
 *         Field --> public void set(Object obj,Object value):
 *                     參數(shù)說明：
 *                     1.obj:要設置的字段所在的對象；
 *                     2.value:要為字段設置的值；
 */
public class Fields {
 
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            //1.獲取Class對象
            Class stuClass = Class.forName("fanshe.field.Student");
            //2.獲取字段
            System.out.println("************獲取所有公有的字段********************");
            Field[] fieldArray = stuClass.getFields();
            for(Field f : fieldArray){
                System.out.println(f);
            }
            System.out.println("************獲取所有的字段(包括私有、受保護、默認的)********************");
            fieldArray = stuClass.getDeclaredFields();
            for(Field f : fieldArray){
                System.out.println(f);
            }
            System.out.println("*************獲取公有字段**并調(diào)用***********************************");
            Field f = stuClass.getField("name");
            System.out.println(f);
            //獲取一個對象
            Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();//產(chǎn)生Student對象--》Student stu = new Student();
            //為字段設置值
            f.set(obj, "劉德華");//為Student對象中的name屬性賦值--》stu.name = "劉德華"
            //驗證
            Student stu = (Student)obj;
            System.out.println("驗證姓名：" + stu.name);
            
            
            System.out.println("**************獲取私有字段****并調(diào)用********************************");
            f = stuClass.getDeclaredField("phoneNum");
            System.out.println(f);
            f.setAccessible(true);//暴力反射，解除私有限定
            f.set(obj, "18888889999");
            System.out.println("驗證電話：" + stu);
            
        }
    }

控制臺輸出：

************獲取所有公有的字段********************
public java.lang.String fanshe.field.Student.name
************獲取所有的字段(包括私有、受保護、默認的)********************
public java.lang.String fanshe.field.Student.name
protected int fanshe.field.Student.age
char fanshe.field.Student.sex
private java.lang.String fanshe.field.Student.phoneNum
*************獲取公有字段**并調(diào)用***********************************
public java.lang.String fanshe.field.Student.name
驗證姓名：劉德華
**************獲取私有字段****并調(diào)用********************************
private java.lang.String fanshe.field.Student.phoneNum
驗證電話：Student [name=劉德華, age=0, sex=

6、獲取成員方法并調(diào)用：

Student類：

package fanshe.method;
 
public class Student {
    //**************成員方法***************//
    public void show1(String s){
        System.out.println("調(diào)用了：公有的，String參數(shù)的show1(): s = " + s);
    }
    protected void show2(){
        System.out.println("調(diào)用了：受保護的，無參的show2()");
    }
    void show3(){
        System.out.println("調(diào)用了：默認的，無參的show3()");
    }
    private String show4(int age){
        System.out.println("調(diào)用了，私有的，并且有返回值的，int參數(shù)的show4(): age = " + age);
        return "abcd";
    }
}

測試類：

package fanshe.method;
import java.lang.reflect.Method;
 
/*
 * 獲取成員方法并調(diào)用：
 * 
 * 1.批量的：
 *         public Method[] getMethods():獲取所有"公有方法"；（包含了父類的方法也包含Object類）
 *         public Method[] getDeclaredMethods():獲取所有的成員方法，包括私有的(不包括繼承的)
 * 2.獲取單個的：
 *         public Method getMethod(String name,Class<?>... parameterTypes):
 *                     參數(shù)：
 *                         name : 方法名；
 *                         Class ... : 形參的Class類型對象
 *         public Method getDeclaredMethod(String name,Class<?>... parameterTypes)
 * 
 *      調(diào)用方法：
 *         Method --> public Object invoke(Object obj,Object... args):
 *                     參數(shù)說明：
 *                     obj : 要調(diào)用方法的對象；
 *                     args:調(diào)用方式時所傳遞的實參；
):
 */
public class MethodClass {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.獲取Class對象
        Class stuClass = Class.forName("fanshe.method.Student");
        //2.獲取所有公有方法
        System.out.println("***************獲取所有的”公有“方法*******************");
        stuClass.getMethods();
        Method[] methodArray = stuClass.getMethods();
        for(Method m : methodArray){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println("***************獲取所有的方法，包括私有的*******************");
        methodArray = stuClass.getDeclaredMethods();
        for(Method m : methodArray){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println("***************獲取公有的show1()方法*******************");
        Method m = stuClass.getMethod("show1", String.class);
        System.out.println(m);
        //實例化一個Student對象
        Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();
        m.invoke(obj, "劉德華");
        
        System.out.println("***************獲取私有的show4()方法******************");
        m = stuClass.getDeclaredMethod("show4", int.class);
        System.out.println(m);
        m.setAccessible(true);//解除私有限定
        Object result = m.invoke(obj, 20);//需要兩個參數(shù)，一個是要調(diào)用的對象（獲取有反射），一個是實參
        System.out.println("返回值：" + result);    
    }
}

控制臺輸出：

***************獲取所有的”公有“方法*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
public java.lang.String java.lang.Object.toString()
public native int java.lang.Object.hashCode()
public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
public final native void java.lang.Object.notify()
public final native void java.lang.Object.notifyAll()
***************獲取所有的方法，包括私有的*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
private java.lang.String fanshe.method.Student.show4(int)
protected void fanshe.method.Student.show2()
void fanshe.method.Student.show3()
***************獲取公有的show1()方法*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
調(diào)用了：公有的，String參數(shù)的show1(): s = 劉德華
***************獲取私有的show4()方法******************
private java.lang.String fanshe.method.Student.show4(int)
調(diào)用了，私有的，并且有返回值的，int參數(shù)的show4(): age = 20
返回值：abcd

7、反射main方法：

Student類：

package fanshe.main;
 
public class Student {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main方法執(zhí)行了。。。");
    }
}

測試類：

package fanshe.main;
import java.lang.reflect.Method;
 
/**
 * 獲取Student類的main方法、不要與當前的main方法搞混了
 */
public class Main {
    
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1、獲取Student對象的字節(jié)碼
            Class clazz = Class.forName("fanshe.main.Student");
            
            //2、獲取main方法
             Method methodMain = clazz.getMethod("main", String[].class);//第一個參數(shù)：方法名稱，第二個參數(shù)：方法形參的類型，
            //3、調(diào)用main方法
            // methodMain.invoke(null, new String[]{"a","b","c"});
             //第一個參數(shù)，對象類型，因為方法是static靜態(tài)的，所以為null可以，第二個參數(shù)是String數(shù)組，這里要注意在jdk1.4時是數(shù)組，jdk1.5之后是可變參數(shù)
             //這里拆的時候?qū)? new String[]{"a","b","c"} 拆成3個對象。。。所以需要將它強轉(zhuǎn)。
             methodMain.invoke(null, (Object)new String[]{"a","b","c"});//方式一
            // methodMain.invoke(null, new Object[]{new String[]{"a","b","c"}});//方式二            
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

控制臺輸出：

main方法執(zhí)行了。。。

8、利用反射創(chuàng)建數(shù)值：

數(shù)組在Java里是比較特殊的一種類型，它可以賦值給一個Object Reference。

public static void testArray() throws ClassNotFoundException {
        Class<?> cls = Class.forName("java.lang.String");
        Object array = Array.newInstance(cls,25);
        //往數(shù)組里添加內(nèi)容
        Array.set(array,0,"golang");
        Array.set(array,1,"Java");
        Array.set(array,2,"pytho");
        Array.set(array,3,"Scala");
        Array.set(array,4,"Clojure");
        //獲取某一項的內(nèi)容
        System.out.println(Array.get(array,3));
    }

9、反射方法的其他使用--通過反射運行配置文件內(nèi)容：

Student類：

public class Student {
    public void show(){
        System.out.println("is show()");
    }
}

配置文件以txt文件為例子：

className = cn.fanshe.Student
methodName = show

測試類：

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;
 
/*
 * 我們利用反射和配置文件，可以使：應用程序更新時，對源碼無需進行任何修改
 * 我們只需要將新類發(fā)送給客戶端，并修改配置文件即可
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //通過反射獲取Class對象
        Class stuClass = Class.forName(getValue("className"));//"cn.fanshe.Student"
        //2獲取show()方法
        Method m = stuClass.getMethod(getValue("methodName"));//show
        //3.調(diào)用show()方法
        m.invoke(stuClass.getConstructor().newInstance());
        
    }
    
    //此方法接收一個key，在配置文件中獲取相應的value
    public static String getValue(String key) throws IOException{
        Properties pro = new Properties();//獲取配置文件的對象
        FileReader in = new FileReader("pro.txt");//獲取輸入流
        pro.load(in);//將流加載到配置文件對象中
        in.close();
        return pro.getProperty(key);//返回根據(jù)key獲取的value值
    }
}

控制臺輸出：

is show()

需求：

當我們升級這個系統(tǒng)時，不要Student類，而需要新寫一個Student2的類時，這時只需要更改pro.txt的文件內(nèi)容就可以了。代碼就一點不用改動。

public class Student2 {
    public void show2(){
        System.out.println("is show2()");
    }
}

配置文件更改為：

className = cn.fanshe.Student2
methodName = show2

10、反射方法的其他使用--通過反射越過泛型檢查：

泛型用在編譯期，編譯過后泛型擦除（消失掉），所以是可以通過反射越過泛型檢查的

測試類：

import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
 
/*
 * 通過反射越過泛型檢查
 * 例如：有一個String泛型的集合，怎樣能向這個集合中添加一個Integer類型的值？
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ArrayList<String> strList = new ArrayList<>();
        strList.add("aaa");
        strList.add("bbb");
        
    //    strList.add(100);
        //獲取ArrayList的Class對象，反向的調(diào)用add()方法，添加數(shù)據(jù)
        Class listClass = strList.getClass(); //得到 strList 對象的字節(jié)碼 對象
        //獲取add()方法
        Method m = listClass.getMethod("add", Object.class);
        //調(diào)用add()方法
        m.invoke(strList, 100);
        
        //遍歷集合
        for(Object obj : strList){
            System.out.println(obj);
        }
    }
}

控制臺輸出：