『Java』Java 反射机制

本文主要对 Java 反射机制原理、使用方法进行了介绍。

什么是 Java 反射？

通常，java在编译之后，会将Java代码生成为class源文件，JVM启动时，将会载入所有的源文件，并将类型信息存放到方法区中；将所有对象实例存放在Java堆中，同时也会保存指向类型信息的指针。

以下分两种情况来分析，直接使用类和使用反射的区别，以此理解反射的实现原理。

直接使用类

一般情况下，我们使用某个类时必定知道它是什么类，是用来做什么的。于是我们直接对这个类进行实例化，之后使用这个类对象进行操作。

Apple apple = new Apple(); 		//直接初始化，「正射」
apple.setPrice(4);

上面这样子进行类对象的初始化，我们可以理解为「正」。

反射

在一个方法中，如果我们不知道在**实际运行（runtime）**时，它将要处理的对象是谁，它的类型信息是怎么样的（即在一开始并不知道我要初始化的类对象是什么），那我们如何访问这个对象或为这个对象创建一个新的实例呢？

与直接使用类相反，反射在运行时，通过读取方法区中的字节码，来动态的找到其反射的类以及类的方法和属性等（实际上就是在运行时，根据全类型名在方法区找对应的类），用这些类型信息完成对该类实例的操作，其实就是直接使用类的一个逆向使用。

例如，我们使用 JDK 提供的反射 API 进行反射调用：

// 获取类的 Class 对象实例
Class clz = Class.forName("com.chenshuyi.reflect.Apple");

// 根据 Class 对象实例获取 Constructor 对象
Constructor constructor = clz.getConstructor();

// 使用 Constructor 对象的 newInstance 方法获取反射类对象
Object object = constructor.newInstance();

// 获取方法的 Method 对象
Method method = clz.getMethod("setPrice", int.class);
// 利用 invoke 方法调用方法
method.invoke(object, 4);

上面两段代码的执行结果，其实是完全一样的。但是其思路完全不一样，第一段代码在未运行时就已经确定了要运行的类（Apple），而第二段代码则是在运行时通过字符串值才得知要运行的类（com.chenshuyi.reflect.Apple）。

类的正常加载过程和Java反射的过程，如图：

所以说什么是反射？

Java 反射机制是指程序在运行时才知道要操作的类是什么，并且能够在运行时动态地获取类的信息（如类名、方法、字段、构造函数等），并且可以动态地调用对象的方法或访问字段。

为什么需要Java反射？

Java 是静态语言，编译时就需要确定类的结构。这种方式虽然安全，但在需要高度灵活、动态扩展、解耦合的场景下就显得束手束脚。

反射机制的作用就是打破这种编译期限制，让你可以：

• 在运行时动态加载类
• 在运行时动态创建对象、访问字段、调用方法
• 提供更加通用、通配、框架化的设计

实际应用场景

1. 插件系统、热插拔架构

   插件（比如 IDEA 插件、游戏插件）通常是独立模块，不在主程序中直接引用。

   主程序运行时通过反射加载这些类：

   Class<?> pluginClass = Class.forName("com.plugin.MyPlugin");
   Object plugin = pluginClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
   Method run = pluginClass.getMethod("run");
   run.invoke(plugin);

   这就实现了模块解耦，主程序无需编译时就知道所有插件。

2. 序列化/反序列化框架

   如 Jackson、Gson 等 JSON 解析器：

   • 通过反射读取 Java 类的字段
   • 动态地将 JSON 字符串转换成对象，或把对象转成 JSON

3. 单元测试框架

   如 JUnit：

   • 使用反射查找测试方法（被 @Test 注解的）
   • 然后在运行时调用这些方法进行测试

反射常用API

获取反射中的Class对象

在反射中，要获取一个类或调用一个类的方法，我们首先需要获取到该类的 Class 对象。

在 Java API 中，获取 Class 类对象有三种方法：

1. Class.forName 静态方法

   • 适用场景：当你知道该类的全路径名时，你可以使用该方法获取 Class 类对象。不需要编译时已知类型

   Class clz = Class.forName("java.lang.String");

2. .class 方法

   • 适用场景：只能应用于编译时已知类型的 Class。

   Class clz = String.class;

3. 类对象的 getClass() 方法。

   • 适用场景：已有对象

   String str = new String("Hello");
   Class clz = str.getClass();

通过反射创建类对象

1. 通过 Class 对象的 newInstance() 方法

   Class clz = Apple.class;
   Apple apple = (Apple)clz.newInstance();

2. 通过 Constructor 对象的 newInstance() 方法

   Class clz = Apple.class;
   Constructor constructor = clz.getConstructor();
   Apple apple = (Apple)constructor.newInstance();

区别：

通过 Constructor 对象创建类对象可以选择特定构造方法，而通过 Class 对象则只能使用默认的无参数构造方法。下面的代码就调用了一个有参数的构造方法进行了类对象的初始化。

Class clz = Apple.class;
Constructor constructor = clz.getConstructor(String.class, int.class);
Apple apple = (Apple)constructor.newInstance("红富士", 15);

通过反射获取类属性、方法和构造器

1. 通过 Class 对象的 getFields() 方法

   • 无法获取私有属性

   Class clz = Apple.class;
   Field[] fields = clz.getFields();
   for (Field field : fields) {
       System.out.println(field.getName());
   }

   输出结果是：

   price

2. 使用 Class 对象的 getDeclaredFields() 方法

   • 可以获取包括私有属性在内的所有属性

   Class clz = Apple.class;
   Field[] fields = clz.getDeclaredFields();
   for (Field field : fields) {
       System.out.println(field.getName());
   }

   输出结果是：

   name
   price

与获取类属性一样，当我们去获取类方法、类构造器时，如果要获取私有方法或私有构造器，则必须使用有 declared 关键字的方法。

参考文章

• 大白话说Java反射：入门、使用、原理
• 深入理解Java反射机制原理、使用方法