Java 反射浅谈

Java反射机制允许运行时动态获取类信息并操作类或对象，核心类包括`Class`、`Constructor`、`Field`和`Method`。反射支持动态创建对象、调用方法及修改字段，但性能较低。优点是灵活性高（如框架底层依赖），缺点是解释执行影响速度。通过`Class.forName()`、`getDeclaredMethod()`等方法实现动态加载与操作，适用于配置化编程和扩展功能场景。

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LumiBee
10 天前 · 60 0
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反射机制

Java反射机制是Java提供的一种在运行时动态获取类信息并操作类或对象的机制。通过反射，可以在程序运行时获取类的构造方法，成员变量，方法等信息，并调用他们。

反射的优点与缺点

  1. 优点：可以动态地创建和使用对象（也是框架底层核心），使用灵活，没有反射机制，框架技术就失去底层支撑
  2. 缺点：使用反射基本是解释执行，对执行速度有影响

反射的核心类

  • Class类：表示类的元数据，表示某个类加载后在堆中的对象，是反射的入口
  • Constructor类：表示类的构造方法
  • Field类：表示类的成员变量
  • Method类：表示类的方法

底层运作

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反射的主要功能

  1. 获取类的信息：
    1. 获取类的名称，修饰符，父类，接口，注解等
    2. 获取类的构造方法，成员变量，方法等信息
  2. 动态创建对象：
    1. 通过 Class.newInstance() 或 Constructor.newInstance() 动态创建对象
  3. 动态调用方法：
    1. 通过 Method.invoke() 动态调用对象的方法。
  4. 动态访问和修改字段：
    1. 通过 Field.get() 和 Field.set() 访问和修改对象的字段。
  5. 操作数组：
    1. 通过 Array 类动态创建和操作数组。

反射相关类

  1. java.lang.Class：代表一个类，Class对象表示某个类加载后在堆中的对象
  2. java.lang.reflect.Method：代表类的方法，Method对象表示某个类的方法
  3. java.lang.reflect.Field：代表类的成员变量，Field对象表示某个类的成员变量
  4. java.lang.reflect.Constructor：代表类的构造方法，Constructor对象表示某个类的构造方法

常用方法

  1. 获取Class对象
//通过类的全限定名获取Class对象（编译阶段）
//应用场景：多用于配置文件，读取类全路径，加载类
Class.forName("String className")
//通过类字面常量获取Class对象（加载阶段）
//应用场景：多用于参数传递，比如通过反射得到对应地构造器对象
类.class
//通过对象实例获取Class对象（运行阶段）
//应用场景：通过创建好地对象，获取Class对象
对象.getClass()
  1. 获取构造函数
//获取指定的公共构造函数
getConstructor(Class<?>... parameterTypes)
//获取指定的构造函数（包括私有构造函数）
getDeclaredConstructor(Class<?> parameterTypes)
//获取所有公共构造函数   
getConstructors()
//获取所有构造函数（包括私有构造函数）
getDeclaredConstructors()
  1. 获取方法
//获取指定的公共方法
getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
//获取指定的方法（包括私有方法）
getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
//获取所有公共方法
getMethods()
//获取所有方法（包括私有方法）
getDeclaredMethods()
  1. 获取字段
//获取指定的公共字段
getField(String name)
//获取指定的字段（包括私有字段）
getDeclaredField(String name)
//获取所有公共字段
getFields()
//获取所有字段（包括私有字段）
getDeclaredFields()
  1. 调用方法
//调用方法
method.invoke(Object obj, Object... args)
  1. 创建实例
//通过指定的构造函数创建实例
//需要先获得构造方法，然后才能创建实例
Constructor<?> constructor = cls.getConstructor(Class<?>... parameterTypes);
Object instance = constructor.newInstance(Object... initargs);
//法二
Object instance = cls.getConstructor().newInstance();

动态和静态加载

静态加载

定义：静态加载是指在程序启动或初始化时，一次性将所有资源加载到内存中

特点：

  1. 启动时加载：程序启动时即加载所有资源。
  2. 内存占用高：所有资源常驻内存，占用较大。
  3. 响应快：资源已预加载，使用时无需等待。
  4. 适用场景：适合资源少、内存充足或对响应速度要求高的场景。

优点：

  • 使用资源时无需额外加载，响应迅速。

缺点：

  • 启动慢，内存占用高，资源利用率低。

动态加载

定义： 动态加载是在程序运行时，按需加载资源。

特点：

  1. 按需加载：资源在使用时才加载。
  2. 内存占用低：只加载当前需要的资源，节省内存。
  3. 响应延迟：首次加载资源时可能有延迟。
  4. 适用场景：适合资源多、内存有限或资源不常用的场景。

优点：

  • 启动快，内存占用低，资源利用率高。

缺点：

  • 首次加载资源时可能有延迟，增加运行时复杂性。

动态加载的使用场景：

  • 使用Class.forName()动态加载类，在运行时根据类名加载类，并返回对应的class对象

类加载

类加载是 JVM将类的字节码文件（.class 文件）加载到内存中，并转换为 Class 对象的过程。

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类加载的过程

类加载的过程可以分为以下几个阶段：

  1. 加载（Loading）
    • 通过类的全限定名（包名 + 类名）查找字节码文件。
    • 将字节码文件加载到内存中，并生成一个 java.lang.Class 对象。
    • 加载可以由 JVM 自带的类加载器完成，也可以由用户自定义的类加载器完成。
  2. 验证（Verification）
    • 确保加载的字节码文件符合 JVM 规范，防止恶意代码破坏 JVM。
    • 验证内容包括文件格式、元数据、字节码和符号引用等。
  3. 准备（Preparation）
    • 为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值（如 0、null 等）。
    • 如果是常量（final static），则直接赋值为代码中定义的值。
  4. 解析（Resolution）
    • 将常量池中的符号引用（Symbolic Reference）转换为直接引用（Direct Reference）。
    • 符号引用是类、方法、字段的名称，直接引用是具体的内存地址。
  5. 初始化（Initialization）
    • 执行类的静态代码块（static {}）和静态变量的赋值操作。
    • 这是类加载的最后一步，JVM 会保证类的初始化在多线程环境下是线程安全的。

获取类结构信息

  1. 获取Class对象
// 方式 1：通过类名.class
Class<?> clazz = MyClass.class;

// 方式 2：通过对象的 getClass() 方法
MyClass obj = new MyClass();
Class<?> clazz = obj.getClass();

// 方式 3：通过 Class.forName() 动态加载类
Class<?> clazz = Class.forName("com.example.MyClass");

  1. 获取类的结构信息

    1. 获取类的基本信息
    //获取类名
String className = clazz.getName();//全限定名（包名+类名）
String simpleName = clazz.getSimpleName();//简单类名

//获取包名
Package pkg = clazz.getPackage();

/**获取类的修饰符（public,final,absetract等）
/*public : 1, private : 2, protected : 4, static : 8, final : 16
/*synchronized : 32, volatile(表示字段是易变的): 64, transient(表示字段不会被序列化): 128, native(表示字段是本地方法): 256
/*interface : 512, abstract : 1024, strictfp(表示类或者方法使用严格的浮点计算): 2048
**/
int modifiers = clazz.getModifiers();
//将修饰符对应的二进制再转成对应的修饰符
String modifierStr = Modifier.toString(modifiers);
    1. 获取类的字段(成员变量)信息
    // 获取所有 public 字段（包括父类的 public 字段）
Field[] publicFields = clazz.getFields();
// 获取所有字段（包括私有字段，但不包括父类的字段）
Field[] allFields = clazz.getDeclaredFields();

for (Field field : allFields) {
    String fieldName = field.getName();          // 字段名
    Class<?> fieldType = field.getType();        // 字段类型
    int fieldModifiers = field.getModifiers();   // 字段修饰符
    String modifierStr = Modifier.toString(fieldModifiers);
}
    1. 获取类的方法信息
    // 获取所有 public 方法（包括父类的 public 方法）
Method[] publicMethods = clazz.getMethods();

// 获取所有方法（包括私有方法，但不包括父类的方法）
Method[] allMethods = clazz.getDeclaredMethods();

for (Method method : allMethods) {
    String methodName = method.getName();          // 方法名
    Class<?> returnType = method.getReturnType();  // 返回值类型
    int methodModifiers = method.getModifiers();   // 方法修饰符
    String modifierStr = Modifier.toString(methodModifiers);
    // 获取方法的参数类型
    Class<?>[] parameterTypes = method.getParameterTypes();
}
    1. 获取类的构造器信息
    // 获取所有 public 构造器
Constructor<?>[] publicConstructors = clazz.getConstructors();

// 获取所有构造器（包括私有构造器）
Constructor<?>[] allConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();

for (Constructor<?> constructor : allConstructors) {
    String constructorName = constructor.getName();          // 构造器名
    int constructorModifiers = constructor.getModifiers();   // 构造器修饰符
    String modifierStr = Modifier.toString(constructorModifiers);

    // 获取构造器的参数类型
    Class<?>[] parameterTypes = constructor.getParameterTypes();

}
    1. 获取类的父类和接口
    // 获取父类
Class<?> superClass = clazz.getSuperclass();

// 获取实现的接口
Class<?>[] interfaces = clazz.getInterfaces();

  2. 反射操作示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException {
        //获取Student类的Class对象
        Class<Student> stdCls = Student.class;
        //获取Student类的有参构造器
        Constructor<Student> declaredConstructor = stdCls.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        //通过有参构造器实例化对象
        Student student1 = declaredConstructor.newInstance("xiaomi", 20);
        //获取Student类的无参构造器
        Constructor<Student> constructor = stdCls.getConstructor();
        //通过无参构造器实例化对象
        Student student = constructor.newInstance();

        //获取Student类的name属性
        Field name = stdCls.getField("name");
        //设置student对象的name属性值
        name.set(student, "xiaoming");
        //获取Student类的age属性
        Field age = stdCls.getDeclaredField("age");
        //由于age是private修饰的，需要设置可访问性
        age.setAccessible(true);
        //设置student对象的age属性值
        age.set(student, 30);

        //获取Student类的hi方法并调用
        stdCls.getMethod("hi").invoke(student);
        //获取Student类的privateMethod方法
        Method privateMethod = stdCls.getDeclaredMethod("privateMethod", String.class, int.class);
        //由于privateMethod是private修饰的，需要设置可访问性
        privateMethod.setAccessible(true);
        //调用privateMethod方法
        int res = (int)privateMethod.invoke(student, "xiaomi", 30);
    }
}

class Student {
    public String name;
    private int age;

    public Student(){}

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

    public void hi() {
        System.out.println("hi");
    }

    private int privateMethod(String name, int age) {
        ++this.age;
        return age;
    }

}
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