到底什么是反射？反射究竟能用来干什么？

ゝ一世哀愁。 2023-09-27 18:37 146阅读 0赞

反射，顾名思义，它是一种逆向的操作。就好像人在照镜子的时候，正是由于光的反射，才能看到镜子中的自己。而在Java中，反射功能就好比是一面镜子，通过它，我们可以在程序运行过程中看到Class以及对象的相关信息。

在以往的经验中，当我们需要完成某些操作，往往是在编译之前完成，比如根据创建对象、读取属性、设置属性；我们把这些程序编写完之后编译器会将之编译为Class文件，然后直接在虚拟机中运行就可以了，大部分情况确实是这样，这也是为什么Java是"静态语言"。

但是我们却可以通过反射来完成在动态语言中才能做到的一些操作，比如首先第一步，通过反射获取某个.class文件的结构信息。

示例如下：

/**
     * 蝙蝠侠
     */
    public class Batman {
        public Batman(String name,int age,String power){
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.power = power;
        }
        //蝙蝠侠的名字
        private String name;
        //蝙蝠侠的年龄
        private int age;
        //蝙蝠侠的超能力
        private String power;
    
        public String getName() {
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    
        public int getAge() {
            return age;
        }
    
        public void setAge(int age) {
            this.age = age;
        }
    
        public String getPower() {
            return power;
        }
    
        public void setPower(String power) {
            this.power = power;
        }
        
        /** 跟小猫谈恋爱 */
        private void beInLove(){
            System.out.println("蝙蝠侠正在跟小猫谈恋爱");
        }
    
        /** 教训小丑 */
        public void work(){
            System.out.println("蝙蝠侠正在教训小丑");
        }
    
        private void workWithGordon(String name){
            System.out.printf("蝙蝠侠正在和%s一起教训小丑",name);
        }
    }
    复制代码

//测试类
    public class ReflectTest {
        public static void main(String[] args) {
            Class cls = Batman.class;
            //1.获取class中的所有属性，包括全局属性和局部属性
            Field[] fields = cls.getDeclaredFields();
            System.out.println("属性：");
            for (Field f : fields) {
                System.out.println(f);
            }
            System.out.println("方法：");
            //获取class中的所有方法
            Method[] mets = cls.getDeclaredMethods();
            for (Method met : mets) {
                System.out.println(met);
            }
            System.out.println("构造器：");
            //获取class中的所有构造器
            Constructor[] cons = cls.getDeclaredConstructors();
            for (Constructor c : cons) {
                System.out.println(c);
            }
        }
    }
    复制代码

> 运行结果：  
> 属性：  
> private java.lang.String day2.demo2.Batman.name private int day2.demo2.Batman.age private java.lang.String day2.demo2.Batman.power  
> 方法：  
> public int day2.demo2.Batman.getAge() public void day2.demo2.Batman.setAge(int) public java.lang.String day2.demo2.Batman.getPower() public void day2.demo2.Batman.setPower(java.lang.String) public java.lang.String day2.demo2.Batman.getName() public void day2.demo2.Batman.setName(java.lang.String)  
> 构造器：  
> public day2.demo2.Batman(java.lang.String,int,java.lang.String)

java程序在运行时，虚拟机在加载类时，会为这个类创建一个Class对象，用来表示这个类的信息。可以通过类名.class、Class.forName("类名")、Object.getClass等方式获取到一个Class对象，这个对象记录了类的信息，通过它可以逆向获取类的结构。

在示例中，通过Class对象中方法的调用，获取了Batman类中的所有属性、方法、构造器，但是反射的功能远不止于此，比如通过上述三个方法获取到的Field、Method、Constructor数组对象完成进一步的操作：

public class ReflectTest {
        public static void main(String[] args) {
            Class cls = Batman.class;
            Field[] fields = cls.getDeclaredFields();
            System.out.println("属性：");
            System.out.println("访问修饰符：" + Modifier.toString(fields[0].getModifiers()));
            System.out.println("是否静态的：" + Modifier.isStatic(fields[0].getModifiers()));
            System.out.println("是否为public：" + Modifier.isPublic(fields[0].getModifiers()));
            System.out.println("是否常量：" + Modifier.isFinal(fields[0].getModifiers()));
            System.out.println("方法：");
            Method[] mets = cls.getDeclaredMethods();
            System.out.println("是否为本地方法：" + Modifier.isNative(mets[0].getModifiers()));
            System.out.println("是否为抽象方法：" + Modifier.isAbstract(mets[0].getModifiers()));
            System.out.println("是否为接口：" + Modifier.isInterface(mets[0].getModifiers()));
            System.out.println("是否线程同步：" + Modifier.isSynchronized(mets[0].getModifiers()));
            System.out.println("构造器：");
            Constructor[] cons = cls.getDeclaredConstructors();
            System.out.println("是否公有："+Modifier.isPublic(cons[0].getModifiers()));
            /**
             * ...
             * */
        }
    }
    复制代码

以上这些都是直接对Class类的操作，其实java反射也同样支持对运行中的对象的操作，甚至可以修改对象中属性的值。

示例代码：

public class ReflectTest {
        public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {
            Batman batman = new Batman("布鲁斯韦恩",27,"有钱");
            Class cls = batman.getClass();
            Field[] fields = cls.getDeclaredFields();
            /**获取第一个属性name的值，由于是private属性，
               所以会报IllegalAccessException异常，很显然是与权限有关*/
            try {
                var name = fields[0].get(batman);
                System.out.println(name);
            }catch (IllegalAccessException e){
                //这里通过一个方法设置可访问对象的可访问标志
                fields[0].setAccessible(true);
                var name = fields[0].get(batman);
                System.out.println(name);
            }
            //但是这里设置的只是数组中第一个属性的访问权限，下面这句话依然会报错
            try {
                var name = fields[1].get(batman);
                System.out.println(name);
            }catch (IllegalAccessException e){
                //所以通过下面的方法对整个数组对象的访问权限进行设置
                AccessibleObject.setAccessible(fields,true);
                var age = fields[1].get(batman);
                var power = fields[2].get(batman);
                System.out.println(age);
                System.out.println(power);
            }
            //修改fields[2]的值
            fields[2].set(batman,"哥谭首富");
            System.out.println("超能力："+batman.getPower());
        }
    }
    复制代码

> 运行结果：  
> 布鲁斯韦恩  
> 27  
> 有钱  
> 超能力：哥谭首富

通过调用对象的getClass()方法获取这个类唯一的Class对象，再通过获取到field对象的get(obj)方法获取到这个field的值（当然如果属性是私有的，还需要使用setAccessible方法设置访问标志），并且不仅可以获取，还能通过其set(obj,val)方法重新设置这个属性的值。而这一切都是在程序运行期间完成的，成功的通过反射修改了对象中的属性。

至此，已经实现了通过反射来查看类的信息、对象的属性以及设置对象的属性。那么如何通过反射来调用方法以及构造器呢？

示例代码：

public class ReflectTest {
        public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException, InstantiationException {
            Class cls = Batman.class;
            //通过反射调用构造器创建蝙蝠侠对象
            Batman batman = (Batman) cls.getDeclaredConstructor(String.class,int.class,String.class).newInstance("蝙蝠侠", 27, "有钱");
            Method method = cls.getDeclaredMethod("beInLove");
            //因为beInLove()方法是私有的，所以需要设置以下权限
            method.setAccessible(true);
            method.invoke(batman);
            Method work = cls.getDeclaredMethod("work");
            //work方法不是private的，不需要设置权限
            work.invoke(batman);
    
            //调用带参数的方法
            Method workWithGordon = cls.getDeclaredMethod("workWithGordon", String.class);
            //私有方法依然要设置权限
            workWithGordon.setAccessible(true);
            workWithGordon.invoke(batman,"Gordon");
        }
    }
    复制代码

至此，就完成了方法及构造方法的调用。需要注意的是，若调用了一个带返回值的方法，如果返回值类型是基本类型，invoke方法会返回其包装类型，如int返回Integer、double返回Double。

另外，java.lang.reflect包中还提供了一个很好用的类Array，ArrayList中的数组扩容就使用到了这个类。

示例代码：

public class ReflectTest {
        public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException, InstantiationException {
            //假如我想创建一个数组
            String[] strs = {"bruce","jack","jerry"};
            strs = (String[]) CopyOf(strs,10);
        }
    
        //现在我想写一个方法来为泛型数组扩容
        public static Object[] CopyOf(Object[] obj,int nlength){
            var newArray = new Object[nlength];
            System.arraycopy(obj,0,newArray,0,Math.min(obj.length,nlength));
            return newArray;
        }
    }
    复制代码

> 运行结果：Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException

这段代码看起来好像没有问题，通过Object超类接收任意类型的数组。但是有一个细节问题，当创建一个数组然后将其转为Object\[\]，再把它从Object\[\]转回来是没有问题的，但是如果直接创建一个Object\[\]转成目标类型的数组是会出错的。所以上述代码无法完成泛型数组的扩容。

现在对代码做一些改进，示例代码：

public class ReflectTest {
        public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException, InstantiationException {
            //假如我想创建一个数组
            String[] strs = {"bruce","jack","jerry"};
            strs = (String[]) CopyOf(strs,10);
            System.out.println(strs.length);
        }
    
        //现在我想写一个方法来为泛型数组扩容
        public static Object CopyOf(Object obj,int nlength){
            Class cls = obj.getClass();
            if(!cls.isArray()) return null;
            //获取数组的类型
            Class type = cls.getComponentType();
            //获取数组的长度
            int length = Array.getLength(obj);
            //通过Array.newInstance创建一个泛型数组，类型通过参数指定
            Object newArray = Array.newInstance(type,nlength);
            System.arraycopy(obj,0,newArray,0,Math.min(length,nlength));
            return newArray;
        }
    }
    复制代码

> 运行结果：10

这次程序成功运行，并且成功为数组扩容。最主要的原因是代码中的关键方法，Array类的静态方法newInstance，这个方法能够返回一个有给定类型，给定大小的新数组，而不是一个简单的Object\[\]。

总结：反射机制可以在运行时查看、操作字段和方法。但是不应该滥用反射，因为反射在编译阶段无法查找出错误，如果存在问题，往往到了运行时才会发现。JVM无法对反射的相关代码做优化，所以效率相对低。并且反射可能导致程序不安全。