java反射機制及常用應用場景是什麼

一、什麼是java反射？

在java的物件導向程式設計過程中，通常我們需要先知道一個Class類，然後new 類別名稱()方式來取得該類別的物件。也就是說我們需要在寫程式碼的時候（編譯期或類別載入之前）就知道我們要實例化哪一個類，運行哪一個方法，這種通常被稱為靜態的類別載入。

但是在有些場景下，我們事先是不知道我們的程式碼的具體行為的。例如，我們定義一個服務任務工作流程，每一個服務任務都是對應的一個類別的方法。

• 服務任務B執行哪一個類別的哪一個方法，是由服務任務A的執行結果決定的

• #服務任務C執行哪一個類別的哪一個方法，是由服務任務A和B的執行結果決定的

• 且使用者不希望服務任務的功能在程式碼中寫死，希望透過配置的方式根據不同的條件執行不同的程序，條件本身也是變化的

面對這個情況，我們就不能用程式碼new類別名稱()來實現了，因為你不知道使用者俱體要怎麼做配置，這一秒他希望服務任務A執行Xxxx類別的x方法，下一秒他可能希望執行Yyyy類別的y方法。當然你也可以說提需求嘛，用戶改一次需求，我改一次程式碼。這種方式也能需求，但對於使用者和程式設計師個人而言都是痛苦，那麼有沒有一種方法在運行期動態的改變程式的呼叫行為的方法呢？這就是要為大家介紹的「java反射機制」。

那麼java的反射機制能夠做那些事呢？大概是這樣幾種：

• 在程式運行期間動態的根據package名稱.類別名稱實例化類別物件

• 在程式運行期動態取得類別物件的信息，包括物件的成本變數與方法

• #在程式運行期間動態使用物件的成員變數屬性

• #在程式運行期間動態呼叫物件的方法（私有方法也可以呼叫）

#二、Hello World

先入個門，大佬可以略過這一段。我們定義一個類別叫做Student

package com.zimug.java.reflection;
public class Student {
    public String nickName;
    private Integer age;   //这里是private
    public void dinner(){
        System.out.println("吃晚餐！");
    }
    private void sleep(int minutes){   //private修饰符
        System.out.println("睡" + minutes + "分钟");
    }
}

如果不用反射的方式，我相信只要學過java的朋友肯定會呼叫dinner方法

Student student = new Student();
student.dinner();

如果是反射的方式我們該怎麼呼叫呢？

//获取Student类信息
Class cls = Class.forName("com.zimug.java.reflection.Student");
//对象实例化
Object obj = cls.getDeclaredConstructor().newInstance();
//根据方法名获取并执行方法
Method dinnerMethod = cls.getDeclaredMethod("dinner");
dinnerMethod.invoke(obj);  //打印：吃晚餐！

透過上面的程式碼我們看到，com.zimug.java.reflection.Student類別名稱和dinner方法名稱是字串。既然是字串我們就可以透過設定文件，或是資料庫、或什麼其他的靈活設定方法來執行這段程式了。這就是反射最基礎的使用方式。

三、類別載入與反射關係

java的類別載入機制還是挺複雜的，我們這裡為了不混淆重點，只為大家介紹和「反射」有關係的一部分內容。

java執行編譯的時候將java檔編譯成字節碼class檔,類別載入器在類別載入階段將class檔載入到內存，並實例化一個java.lang.Class的物件。例如Student類別在載入階段會有以下動作：

• 在記憶體(方法區或叫程式碼區)中實例化一個Class對象，注意是Class物件不是Student物件

• 一個Class類別（字節碼檔案）對應一個Class對象，並且只有一個

• 該Class物件保存了Student類別的基礎訊息，例如這個Student類別有幾個欄位（Filed）？有幾個構造方法（Constructor）？有幾個方法（Method）？有哪些註解（Annotation）？等資訊

有了上面的關於Student類別的基本資訊物件（java.lang.Class物件）,在運行期就可以根據這些資訊來實例化Student類別的物件。

• 在運行期你可以直接new一個Student物件

• #也可以用反射的方法建構一個Student物件

但是無論你new多少個Student對象，不論你反射建構多少個Student對象，保存Student類別資訊的java.lang.Class物件都只有一個。下面的程式碼可以證明。

Class cls = Class.forName("com.zimug.java.reflection.Student");
Class cls2 = new Student().getClass();
System.out.println(cls == cls2); //比较Class对象的地址，输出结果是true

四、操作反射的java類別

了解了上面的這些基礎信息，我們就可以更深入學習反射類別相關的類別和方法了：

java.lang.Class: 代表一個類別

java.lang.reflect.Constructor: 代表類別的建構方法

java.lang.reflect.Method: 代表類別的普通方法

java.lang.reflect.Field: 代表類別的成員變數

Java.lang.reflect.Modifier: 修饰符，方法的修饰符，成员变量的修饰符。

java.lang.annotation.Annotation：在类、成员变量、构造方法、普通方法上都可以加注解

4.1.获取Class对象的三种方法

Class.forName()方法获取Class对象

/**
* Class.forName方法获取Class对象，这也是反射中最常用的获取对象的方法，因为字符串传参增强了配置实现的灵活性
*/
Class cls = Class.forName("com.zimug.java.reflection.Student");

类名.class获取Class对象

/**
* `类名.class`的方式获取Class对象
*/
Class clz = User.class;

类对象.getClass()方式获取Class对象

/**
* `类对象.getClass()`方式获取Class对象
*/
User user = new User();
Class clazz = user.getClass();

虽然有三种方法可以获取某个类的Class对象，但是只有第一种可以被称为“反射”。

4.2.获取Class类对象的基本信息

Class cls = Class.forName("com.zimug.java.reflection.Student");
//获取类的包名+类名
System.out.println(cls.getName());          //com.zimug.java.reflection.Student
//获取类的父类
Class cls = Class.forName("com.zimug.java.reflection.Student");
//这个类型是不是一个注解？
System.out.println(cls.isAnnotation());     //false
//这个类型是不是一个枚举？
System.out.println(cls.isEnum());      //false
//这个类型是不是基础数据类型？
System.out.println(cls.isPrimitive()); //false

Class类对象信息中几乎包括了所有的你想知道的关于这个类型定义的信息，更多的方法就不一一列举了。还可以通过下面的方法

获取Class类对象代表的类实现了哪些接口： getInterfaces()

获取Class类对象代表的类使用了哪些注解： getAnnotations()

4.3. 获得Class对象的成员变量

结合上文中的Student类的定义理解下面的代码

Class cls = Class.forName("com.zimug.java.reflection.Student");
Field[] fields = cls.getFields();
for (Field field : fields) {
System.out.println(field.getName());      //nickName
}
fields = cls.getDeclaredFields();
for (Field field : fields) {
System.out.println(field.getName());      //nickName 换行  age
}

getFields()方法获取类的非私有的成员变量，数组，包含从父类继承的成员变量

getDeclaredFields方法获取所有的成员变量，数组，但是不包含从父类继承而来的成员变量

4.4.获取Class对象的方法

getMethods() : 获取Class对象代表的类的所有的非私有方法，数组，包含从父类继承而来的方法

getDeclaredMethods() : 获取Class对象代表的类定义的所有的方法，数组，但是不包含从父类继承而来的方法

getMethod(methodName): 获取Class对象代表的类的指定方法名的非私有方法

getDeclaredMethod(methodName): 获取Class对象代表的类的指定方法名的方法

        Class cls = Class.forName("com.zimug.java.reflection.Student");
        Method[] methods = cls.getMethods();
        System.out.println("Student对象的非私有方法");
        for (Method m : methods) {
            System.out.print(m.getName() + ",");
        }
        System.out.println("  end");
        Method[] allMethods = cls.getDeclaredMethods();
        System.out.println("Student对象的所有方法");
        for (Method m : allMethods) {
            System.out.print(m.getName() + ",");
        }
        System.out.println("  end");
        Method dinnerMethod = cls.getMethod("dinner");
        System.out.println("dinner方法的参数个数" + dinnerMethod.getParameterCount());
        Method sleepMethod = cls.getDeclaredMethod("sleep",int.class);
        System.out.println("sleep方法的参数个数" + sleepMethod.getParameterCount());
        System.out.println("sleep方法的参数对象数组" + Arrays.toString(sleepMethod.getParameters()));
        System.out.println("sleep方法的参数返回值类型" + sleepMethod.getReturnType());

上面代码的执行结果如下：

Student对象的非私有方法
dinner,wait,wait,wait,equals,toString,hashCode,getClass,notify,notifyAll,  end
Student对象的所有方法
dinner,sleep,  end
dinner方法的参数个数0
sleep方法的参数个数1
sleep方法的参数对象数组[int arg0]
sleep方法的参数返回值类型void

可以看到getMethods获取的方法中包含Object父类中定义的方法，但是不包含本类中定义的私有方法sleep。另外我们还可以获取方法的参数及返回值信息：

获取参数相关的属性：

• 获取方法参数个数：getParameterCount()

• 获取方法参数数组对象：getParameters() ，返回值是java.lang.reflect.Parameter数组

获取返回值相关的属性

• 获取方法返回值的数据类型：getReturnType()

4.5.方法的调用

实际在上文中已经演示了方法的调用，如下invoke调用dinner方法

Method dinnerMethod = cls.getDeclaredMethod("dinner");
dinnerMethod.invoke(obj);  //打印：吃晚餐！

dinner方法是无参的，那么有参数的方法怎么调用?看看invoke方法定义，第一个参数是Method对象，无论后面Object... args有多少参数就按照方法定义依次传参就可以了。

public Object invoke(Object obj, Object... args)

4.6.创建类的对象(实例化对象)

//获取Student类信息
Class cls = Class.forName("com.zimug.java.reflection.Student");
//对象实例化
Student student = (Student)cls.getDeclaredConstructor().newInstance();
//下面的这种方法是已经Deprecated了，不建议使用。但是在比较旧的JDK版本中仍然是唯一的方式。
//Student student = (Student)cls.newInstance();

五、反射的常用场景

通过配置信息调用类的方法

结合注解实现特殊功能

按需加载jar包或class

5.1. 通过配置信息调用类的方法

将上文的hello world中的代码封装一下，你知道类名className和方法名methodName是不是就可以调用方法了？至于你将className和 methodName配置到文件，还是nacos，还是数据库，自己决定吧！

public void invokeClassMethod(String className,String methodName) throws ClassNotFoundException, 
            NoSuchMethodException, 
            InvocationTargetException, 
            InstantiationException, 
            IllegalAccessException {
        //获取类信息
        Class cls = Class.forName(className);
        //对象实例化
        Object obj = cls.getDeclaredConstructor().newInstance();
        //根据方法名获取并执行方法
        Method dinnerMethod = cls.getDeclaredMethod(methodName);
        dinnerMethod.invoke(obj);
}

5.2.结合注解实现特殊功能

大家如果学习过mybatis plus都应该学习过这样的一个注解TableName，这个注解表示当前的实体类Student对应的数据库中的哪一张表。如下问代码所示，Student所示该类对应的是t_student这张表。

@TableName("t_student")
public class Student {
    public String nickName;
    private Integer age;
}

下面我们自定义TableName这个注解

@Target(ElementType.TYPE)  //表示TableName可作用于类、接口或enum Class, 或interface
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) //表示运行时由JVM加载
public @interface TableName {
       String value() ;   //则使用@TableName注解的时候： @TableName(”t_student”);
}

有了这个注解，我们就可以扫描某个路径下的java文件，至于类注解的扫描我们就不用自己开发了，引入下面的maven坐标就可以

<dependency>
    <groupId>org.reflections</groupId>
    <artifactId>reflections</artifactId>
    <version>0.9.10</version>
</dependency>

看下面代码：先扫描包，从包中获取标注了TableName注解的类，再对该类打印注解value信息

// 要扫描的包
String packageName = "com.zimug.java.reflection";
Reflections f = new Reflections(packageName);
// 获取扫描到的标记注解的集合
Set<Class<?>> set = f.getTypesAnnotatedWith(TableName.class);
for (Class<?> c : set) {
// 循环获取标记的注解
TableName annotation = c.getAnnotation(TableName.class);
// 打印注解中的内容
System.out.println(c.getName() + "类，TableName注解value=" + annotation.value());

输出结果是：

com.zimug.java.reflection.Student类，TableName注解value=t_student

有的朋友会问这有什么用？这有大用处了。有了类定义与数据库表的对应关系，你还能通过反射获取类的成员变量，之后你是不是就可以根据表明t_student和字段名nickName，age构建增删改查的SQL了？全都构建完毕，是不是就是一个基础得Mybatis plus了？

反射和注解结合使用，可以演化出许许多多的应用场景，特别是在框架代码实现方面。等待你去发觉啊！

5.3.按需加载jar包或class

在某些场景下，我们可能不希望JVM的加载器一次性的把所有classpath下的jar包装载到JVM虚拟机中，因为这样会影响项目的启动和初始化效率，并且占用较多的内存。我们希望按需加载，需要用到哪些jar，按照程序动态运行的需求取加载这些jar。

把jar包放在classpath外面，指定加载路径，实现动态加载。

//按路径加载jar包
File file = new File("D:/com/zimug/commons-lang3.jar");
URL url = file.toURI().toURL();
//创建类加载器
ClassLoader classLoader = new URLClassLoader(new URL[]{url});
Class cls = classLoader.loadClass("org.apache.commons.lang3.StringUtils");

同样的把.class文件放在一个路径下，我们也是可以动态加载到的

//java的.class文件所在路径
File file = new File("D:/com/zimug");
URL url = file.toURI().toURL();
//创建类加载器
ClassLoader classLoader = new URLClassLoader(new URL[]{url});
//加载指定类，package全路径
Class<?> cls = classLoader.loadClass("com.zimug.java.reflection.Student");

类的动态加载能不能让你想到些什么？是不是可以实现代码修改，不需要重新启动web容器？对的，就是这个原理，因为一个类的Class对象只有一个，所以不管你重新加载多少次，都是使用最后一次加载的class对象（上文讲过哦）。

六、反射的优缺点

优点：自由，使用灵活，不受类的访问权限限制。可以根据指定类名、方法名来实现方法调用，非常适合实现业务的灵活配置。在框架开发方面也有非常广泛的应用，特别是结合注解的使用。

缺点：

• 也正因为反射不受类的访问权限限制，其安全性低，很大部分的java安全问题都是反射导致的。

• 相对于正常的对象的访问调用，反射因为存在类和方法的实例化过程，性能也相对较低

• 破坏java类封装性，类的信息隐藏性和边界被破坏

以上是java反射機制及常用應用場景是什麼的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！