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掌握Java反射：打开面向对象编程的新大门

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一道面试题：请问 Java 中的反射是什么？有什么作用和优势？如何使用反射？

你们可以先尝试回答回答

如果不会我们就开始下面的文章

引言

什么是反射

Java反射（Reflection）是指在运行时获取对象信息（例如类名、方法、属性等），并且可以动态操作该对象，而无需事先知道该对象的静态类型。它允许程序在运行时检查对象和类，并且可以调用对象的方法、获取对象的属性和构造函数，甚至可以动态创建新的对象和数组。

反射的作用

Java反射的作用是使得程序能够在运行时动态地操作对象和类，而不需要事先知道这些信息，这种能力为程序设计带来了很大的灵活性。使用反射可以实现很多高级功能，比如动态代理、注解处理、JavaBean属性的自动设置等等。但是，由于反射操作具有较高的开销，因此在需要性能的场合应该谨慎使用。

背景知识

Java反射的基本原理是通过使用Java的反射API来获取类的信息。Java的反射API提供了一个Class类，它可以用来描述类的信息，例如类名、构造函数、方法和字段等。通过使用Class类的方法，可以获取一个类的所有信息。

Java反射可以让程序在运行时动态地获取类的信息并进行操作，这使得程序的灵活性更高。但是，由于反射会牺牲一定的性能，所以在性能要求较高的情况下，应该尽量避免使用反射。

讲解Java反射的核心概念和API

Java反射的核心概念主要涉及到以下几个类：Class、Constructor、Field 和 Method。以下是这些类的主要API及其用法：

  1. Class类

    • 作用：表示正在运行的Java应用程序中的类和接口。

    • 获取Class对象的方法：

      • Class.forName(String className)：根据类名加载类并获取Class对象。
      • object.getClass()：根据已知对象获取Class对象。
      • ClassName.class：直接获取类的Class对象。

  2. Constructor类

    • 作用：描述类的构造方法。

    • 获取构造方法对象的方法：

      • Class.getConstructor(Class<?>... parameterTypes)：获取类的public构造方法。
      • Class.getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes)：获取类的所有构造方法，包括private的。

    • 创建对象：

      • Constructor.newInstance(Object... initargs)：使用构造方法创建新的对象实例。

  3. Field类

    • 作用：描述类的字段（成员变量）。

    • 获取字段对象的方法：

      • Class.getField(String name)：获取类的public字段。
      • Class.getDeclaredField(String name)：获取类的所有字段，包括private的。

    • 获取和设置字段值：

      • Field.get(Object obj)：获取对象的字段值。
      • Field.set(Object obj, Object value)：设置对象的字段值。

  4. Method类

    • 作用：描述类的方法。

    • 获取方法对象的方法：

      • Class.getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：获取类的public方法。
      • Class.getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：获取类的所有方法，包括private的。

    • 调用方法：

      • Method.invoke(Object obj, Object... args)：调用方法并返回结果。

注意：在使用getDeclaredConstructor、getDeclaredField和getDeclaredMethod时，你可能需要调用setAccessible(true)方法来访问private成员。

以上是Java反射中的核心API。在实际使用过程中，你可能还需要了解其他API，例如Class.getModifiers()、Class.getSuperclass()等。但这些API不属于反射的核心功能，所以在此不详细列举。

api详解

Class

Class 类是 Java 反射的核心类，它表示正在运行的 Java 应用程序中的类和接口。以下是 Class 类中的一些重要方法：

获得Class对象:

//        获得Class对象
//        1.通过类名.class
        Class<?> cls1 = Person.class;
        
//        2.通过Class.forName()
        Class<?> cls2 = Class.forName("Reflection.bean.Person");
       
//        3.通过对象.getClass()
        Person person = new Person();
        Class<?> cls3 = person.getClass();

//        4.通过类加载器
        Class<?> cls4 =Thread.currentThread().getContextClassLoader().loadClass("Reflection.bean.Person");

  1. 获取类的名称：

    • String getName()：返回类的全限定名（包含包名）。
    • String getSimpleName()：返回类的简单名（不包含包名）。
    • String getCanonicalName()：返回类的规范名（类似于全限定名，但对于内部类和数组类有所不同）。

  2. 加载和获取类：

    • static Class<?> forName(String className)：根据类名加载类并获取其 Class 对象。
    • static Class<?> forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)：根据类名、是否初始化以及类加载器加载类并获取其 Class 对象。

  3. 获取类的修饰符：

    • int getModifiers()：返回类的修饰符，例如 public、private、abstract 等。

    Modifier这个类里有判断返回数字是什么类型的方法

  4. 获取类的父类和接口：

    • Class<?> getSuperclass()：返回类的父类。
    • Class<?>[] getInterfaces()：返回类实现的接口。

  5. 获取类的构造方法、字段和方法：

    • Constructor<?>[] getConstructors()：返回类的 public 构造方法。
    • Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()：返回类的所有构造方法，包括 private 的。
    • Field[] getFields()：返回类的 public 字段。
    • Field[] getDeclaredFields()：返回类的所有字段，包括 private 的。
    • Method[] getMethods()：返回类的 public 方法。
    • Method[] getDeclaredMethods()：返回类的所有方法，包括 private 的。

  6. 获取类的注解：

    • Annotation[] getAnnotations()：返回类的注解。
    • Annotation[] getDeclaredAnnotations()：返回类的所有注解，包括继承自父类的。
    • T getAnnotation(Class<T> annotationClass)：返回类的指定类型的注解。

  7. 创建类的实例：

    • T newInstance()：使用默认构造方法创建类的实例。在 Java 9 之后被弃用，建议使用 Constructor.newInstance()。

  8. 判断类的关系：

    • boolean isAssignableFrom(Class<?> cls)：判断当前类是否为参数类的超类或接口。
    • boolean isInstance(Object obj)：判断指定对象是否为当前类的实例。
    • boolean isInterface()：判断当前类是否为接口。
    • boolean isPrimitive()：判断当前类是否为基本类型。
    • boolean isArray()：判断当前类是否为数组。

Constructor

Constructor 类是 Java 反射中的一个重要类，用于表示类的构造方法。以下是 Constructor 类中的一些重要方法：

  1. 获取所有的构造方法：使用 Class 类的 getConstructors() 方法获取类的所有公共构造方法，或使用 getDeclaredConstructors() 方法获取类的所有构造方法（包括私有、受保护和默认访问权限的构造方法）。 示例：
Class<?> clazz = SomeClass.class;
Constructor<?>[] constructors = clazz.getConstructors(); // 获取所有公共构造方法
Constructor<?>[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors(); // 获取所有构造方法（包括非公共构造方法）
  1. 获取特定的构造方法：使用 Class 类的 getConstructor() 方法获取类的特定公共构造方法，或使用 getDeclaredConstructor() 方法获取类的特定构造方法（包括私有、受保护和默认访问权限的构造方法）。这些方法需要传入一个表示构造方法参数类型的 Class 对象数组。
Class<?> clazz = SomeClass.class;

try {
    Constructor<?> constructorWithNoArgs = clazz.getConstructor(); // 获取无参数的公共构造方法
    Constructor<?> constructorWithArgs = clazz.getConstructor(String.class, int.class); // 获取带有 String 和 int 参数的公共构造方法
    
    Constructor<?> declaredConstructorWithNoArgs = clazz.getDeclaredConstructor(); // 获取无参数的构造方法（包括非公共构造方法）
    Constructor<?> declaredConstructorWithArgs = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class); // 获取带有 String 和 int 参数的构造方法（包括非公共构造方法）
} catch (NoSuchMethodException e) {
    System.err.println("构造方法未找到: " + e.getMessage());
}

  1. 获取构造方法的名称和修饰符：

    • String getName()：返回构造方法的名称，即类名。
    • int getModifiers()：返回构造方法的修饰符，例如 public、private、protected 等。

  2. 获取构造方法的参数类型和异常类型：

    • Class<?>[] getParameterTypes()：返回构造方法的参数类型。
    • Type[] getGenericParameterTypes()：返回构造方法的泛型参数类型。
    • Class<?>[] getExceptionTypes()：返回构造方法抛出的异常类型。
    • Type[] getGenericExceptionTypes()：返回构造方法抛出的泛型异常类型。

  3. 获取和设置构造方法的访问权限：

    • boolean isAccessible()：返回构造方法的可访问状态。
    • void setAccessible(boolean flag)：设置构造方法的可访问状态。如果要访问 private 构造方法，需要将 flag 设置为 true。

  4. 创建类的实例：

    • T newInstance(Object... initargs)：使用构造方法创建类的实例。initargs 参数表示构造方法的参数值。

  5. 获取构造方法的注解：

    • Annotation[] getAnnotations()：返回构造方法的注解。
    • Annotation[] getDeclaredAnnotations()：返回构造方法的所有注解。
    • T getAnnotation(Class<T> annotationClass)：返回构造方法的指定类型的注解。
    • Annotation[][] getParameterAnnotations()：返回构造方法参数的注解。

Field

Field 类是 Java 反射中的一个重要类，用于表示类的字段（成员变量）。以下是 Field 类中的一些重要方法：

  1. 获取字段的名称和修饰符：

    • String getName()：返回字段的名称。
    • int getModifiers()：返回字段的修饰符，例如 public、private、protected、static 等。

  2. 获取字段的类型：

    • Class<?> getType()：返回字段的类型。
    • Type getGenericType()：返回字段的泛型类型。

  3. 获取和设置字段的值：

    • Object get(Object obj)：返回指定对象上该字段的值。对于静态字段，obj 参数可以为 null。
    • void set(Object obj, Object value)：为指定对象上的该字段设置值。对于静态字段，obj 参数可以为 null。
    • boolean getBoolean(Object obj)、byte getByte(Object obj)、char getChar(Object obj)、double getDouble(Object obj)、float getFloat(Object obj)、int getInt(Object obj)、long getLong(Object obj) 和 short getShort(Object obj)：分别返回指定对象上该字段的布尔值、字节值、字符值、双精度浮点值、单精度浮点值、整数值、长整数值和短整数值。对于静态字段，obj 参数可以为 null。
    • void setBoolean(Object obj, boolean z)、void setByte(Object obj, byte b)、void setChar(Object obj, char c)、void setDouble(Object obj, double d)、void setFloat(Object obj, float f)、void setInt(Object obj, int i)、void setLong(Object obj, long l) 和 void setShort(Object obj, short s)：分别为指定对象上的该字段设置布尔值、字节值、字符值、双精度浮点值、单精度浮点值、整数值、长整数值和短整数值。对于静态字段，obj 参数可以为 null。

  4. 获取和设置字段的访问权限：

    • boolean isAccessible()：返回字段的可访问状态。
    • void setAccessible(boolean flag)：设置字段的可访问状态。如果要访问 private 字段，需要将 flag 设置为 true。

  5. 获取字段的注解：

    • Annotation[] getAnnotations()：返回字段的注解。
    • Annotation[] getDeclaredAnnotations()：返回字段的所有注解。
    • T getAnnotation(Class<T> annotationClass)：返回字段的指定类型的注解。

Method

Method 类是 Java 反射中的一个重要类，用于表示类的方法。以下是 Method 类中的一些重要方法：

  1. 获取方法的名称和修饰符：

    • String getName()：返回方法的名称。
    • int getModifiers()：返回方法的修饰符，例如 public、private、protected、static 等。

  2. 获取方法的参数类型和返回类型：

    • Class<?>[] getParameterTypes()：返回方法的参数类型。
    • Type[] getGenericParameterTypes()：返回方法的泛型参数类型。
    • Class<?> getReturnType()：返回方法的返回类型。
    • Type getGenericReturnType()：返回方法的泛型返回类型。

  3. 获取方法的异常类型：

    • Class<?>[] getExceptionTypes()：返回方法抛出的异常类型。
    • Type[] getGenericExceptionTypes()：返回方法抛出的泛型异常类型。

  4. 调用方法：

    • Object invoke(Object obj, Object... args)：调用指定对象上的该方法。obj 参数表示方法所在的对象，args 参数表示方法的参数值。对于静态方法，obj 参数可以为 null。

  5. 获取和设置方法的访问权限：

    • boolean isAccessible()：返回方法的可访问状态。
    • void setAccessible(boolean flag)：设置方法的可访问状态。如果要访问 private 方法，需要将 flag 设置为 true。

  6. 获取方法的注解：

    • Annotation[] getAnnotations()：返回方法的注解。
    • Annotation[] getDeclaredAnnotations()：返回方法的所有注解。
    • T getAnnotation(Class<T> annotationClass)：返回方法的指定类型的注解。
    • Annotation[][] getParameterAnnotations()：返回方法参数的注解。

创建实例

  1. 使用默认构造方法创建实例：
// 加载类
Class<?> cls = Class.forName("Reflection.bean.Person");

// 获取默认构造方法（无参构造方法）
Constructor<?> constructor = cls.getDeclaredConstructor();

// 设置构造方法的访问权限，如果构造方法是私有的，则需要设置为 true
constructor.setAccessible(true);

// 创建实例
Object obj = constructor.newInstance();
  1. 使用带参数的构造方法创建实例：
// 加载类
Class<?> cls = Class.forName("Reflection.bean.Person");

// 获取带参数的构造方法
Constructor<?> constructor = cls.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);

// 设置构造方法的访问权限，如果构造方法是私有的，则需要设置为 true
constructor.setAccessible(true);

// 创建实例，传入构造方法的参数值
Object obj = constructor.newInstance("张三", 42);

Class 类：可以使用 Class 类的 newInstance 方法创建类的实例，但需要注意的是，这种方式仅适用于具有无参（默认）构造方法的类。在 Java 9 中，Class 类的 newInstance 方法已被弃用，推荐使用 Constructor 类的 newInstance 方法。

// 加载类
Class\<?> cls = Class.forName("Reflection.bean.Person");
// 使用无参构造方法创建实例
Object obj = cls.newInstance();

Class 类中的 newInstance 方法被弃用，原因是它存在一些问题和局限性。主要问题如下：

  1. 异常处理不明确：Class 类的 newInstance 方法只能抛出 InstantiationException 和 IllegalAccessException 异常。当调用构造方法时，如果构造方法本身抛出了异常，newInstance 会将该异常包装为 InvocationTargetException，然后将其设置为 InstantiationException 的原因（cause），这使得异常处理变得复杂和不直观。

  2. 仅支持无参构造方法：Class 类的 newInstance 方法只能调用类的无参（默认）构造方法。这对于需要使用带参数构造方法的类来说是不够灵活的。

为了解决这些问题，Java 引入了 Constructor 类的 newInstance 方法。它具有以下优势：

  1. 异常处理更清晰：Constructor 类的 newInstance 方法可以直接抛出 InvocationTargetException，使得异常处理更直接和简单。

  2. 支持带参数构造方法：Constructor 类的 newInstance 方法可以处理带参数的构造方法，使其具有更好>的灵活性。

  3. 支持访问控制：通过 Constructor 类的 setAccessible 方法，可以在必要时访问私有构造方法。

反射的常见面试题

  1. 什么是 Java 反射？

    反射是 Java 语言提供的一种机制，允许在运行时检查、访问和操作类、方法、字段和构造方法等元素。使用反射，可以在程序运行时动态加载类、创建对象、调用方法和访问字段。

  2. Java 反射的主要用途是什么？

    Java 反射的主要用途包括：

    • 动态加载类和创建对象
    • 动态调用方法
    • 动态访问和修改字段
    • 获取类的元数据（例如类名、方法、字段、注解等）
    • 实现动态代理

  3. 如何使用反射获取类的实例？

    使用 Class.forName("类的全限定名") 方法动态加载类，然后使用 Constructor.newInstance() 方法创建类的实例。

  4. 如何使用反射调用方法？

    使用 Class.getDeclaredMethod() 方法获取特定的方法，然后使用 Method.invoke() 方法调用该方法。

  5. 如何使用反射访问字段？

    使用 Class.getDeclaredField() 方法获取特定的字段，然后使用 Field.get() 和 Field.set() 方法分别获取和设置字段的值。

  6. 反射的性能问题？

    反射操作相对于直接操作会有一定的性能损失，因为反射涉及到运行时类型检查、方法调用等额外操作。在性能敏感的场景下应谨慎使用反射。但在很多场景中，反射带来的灵活性和可扩展性可以抵消性能损失。

  7. 什么是动态代理？如何使用反射实现动态代理？

    动态代理是一种在运行时动态创建代理对象的技术，代理对象可以实现指定的接口。Java 反射提供了 java.lang.reflect.Proxy 类来实现动态代理。通过 Proxy.newProxyInstance() 方法可以创建代理对象，需要提供一个实现了 InvocationHandler 接口的对象来处理代理方法的调用。

转载自:https://juejin.cn/post/7223280402474926138
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