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在 Java語(yǔ)言中，反射是一項(xiàng)強(qiáng)大而神秘的技術(shù)，它為我們提供了一種探索代碼背后力量的方式。通過(guò)反射，我們可以在運(yùn)行時(shí)檢查和修改類(lèi)、接口、字段和方法的信息，甚至可以動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建對(duì)象、調(diào)用方法和訪(fǎng)問(wèn)私有成員。今天我們將深入探討 Java反射機(jī)制的原理以及使用。

一、什么是反射 

先看看 Oracle官方對(duì)java反射的說(shuō)明：

Reflection enables Java code to discover information about the fields, methods and constructors of loaded classes, and to use reflected fields, methods, and constructors to operate on their underlying counterparts, within security restrictions. The API accommodates applications that need access to either the public members of a target object (based on its runtime class) or the members declared by a given class. It also allows programs to suppress default reflective access control.

Java 的反射機(jī)制是指在運(yùn)行狀態(tài)中，對(duì)于任意一個(gè)類(lèi)都能夠知道這個(gè)類(lèi)所有的屬性和方法；并且對(duì)于任意一個(gè)對(duì)象，都能夠調(diào)用它的任意一個(gè)方法；這種動(dòng)態(tài)獲取信息以及動(dòng)態(tài)調(diào)用對(duì)象方法的功能成為Java語(yǔ)言的反射機(jī)制。

它是通過(guò) Java反射 API 來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中最核心的類(lèi)位于 java.lang.reflect 包下，如 Class、Constructor、Field 和 Method等，這些類(lèi)提供了對(duì)類(lèi)和對(duì)象的運(yùn)行時(shí)信息進(jìn)行檢查和操作的方法。如下圖，展示了 JDK源碼中 java.lang.reflect 包所有的類(lèi)：

二、反射的原理 

反射的原理主要可以從下面4個(gè)點(diǎn)來(lái)闡述：

• 類(lèi)加載：當(dāng) Java程序運(yùn)行時(shí)，類(lèi)加載器根據(jù)類(lèi)的名稱(chēng)查找并加載類(lèi)的字節(jié)碼文件。類(lèi)加載器將字節(jié)碼文件轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的 Java類(lèi)，并將其存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域的方法區(qū)中。
• 創(chuàng)建Class對(duì)象：在類(lèi)加載過(guò)程中，Java虛擬機(jī)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的 Class對(duì)象。這個(gè)Class對(duì)象包含了類(lèi)的元數(shù)據(jù)信息，并提供了訪(fǎng)問(wèn)和操作類(lèi)的接口。
• 獲取Class對(duì)象：我們可以通過(guò)多種方式獲取 Class對(duì)象。常見(jiàn)的方式有 3種: 類(lèi)的 .class屬性、類(lèi)實(shí)例的 getClass()方法、Class.forName()。
• 訪(fǎng)問(wèn)和操作：通過(guò)Class對(duì)象，我們可以獲取類(lèi)的字段、方法、構(gòu)造函數(shù)等信息。我們可以使用Field類(lèi)和Method類(lèi)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和操作字段和方法，甚至可以調(diào)用私有的字段和方法。

反射機(jī)制的原理是基于Java虛擬機(jī)對(duì)類(lèi)的加載、存儲(chǔ)和訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制的支持。通過(guò)反射，我們可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地探索和操作類(lèi)的信息，實(shí)現(xiàn)靈活的編程和代碼的動(dòng)態(tài)行為。

三、如何使用反射 

在講解了 Java反射原理之后，我們通過(guò)一個(gè)真實(shí)的例子來(lái)展示如何使用 Java反射機(jī)制。如下示例 demo，通過(guò)反射給 Person 類(lèi)中的 greet() 方法傳入一個(gè) name，然后輸出：

分析：

• 首先，在這個(gè)示例中，我們通過(guò)獲 Person.class 取了 Person 的 Class對(duì)象；
• 然后，使用clazz.getName()獲取了類(lèi)的名稱(chēng)，通過(guò) clazz.getModifiers()獲取了類(lèi)的修飾符，并打印輸出；
• 接下來(lái)，通過(guò) clazz.getDeclaredMethods() 獲取類(lèi)的所有方法，并依次打印輸出方法的名稱(chēng)；
• 接著，通過(guò) clazz.getDeclaredConstructor().newInstance()方法創(chuàng)建了 Person 的實(shí)例；
• 再接著，使用 clazz.getDeclaredMethod()方法獲取了greet()方法的引用。為了調(diào)用私有方法，我們需要調(diào)用setAccessible(true)來(lái)設(shè)置方法的可訪(fǎng)問(wèn)性。
• 最后，使用 Method.invoke()方法調(diào)用了greet()方法，傳遞參數(shù) name = Java。

運(yùn)行示例結(jié)果如下圖：

上述示例，我們通過(guò)詳細(xì)的步驟展示了如何使用反射獲取類(lèi)的信息和動(dòng)態(tài)調(diào)用方法。你也可以嘗試在 Person 中添加更多的方法和字段，并使用反射來(lái)獲取和操作它們。

四、部分源碼解讀 

在上述示例講解時(shí)，最后是調(diào)用 Method.invoke() 實(shí)現(xiàn) Person.greet()的調(diào)用，因此，這里我們主要分析 invoke()方案，官方源碼截圖：

從上面源碼截圖看出：Method.invoke() 方法，真實(shí)返回的是接口 MethodAccessor.invoke()方法。MethodAccessor 接口有三個(gè)實(shí)現(xiàn)類(lèi)，具體是調(diào)用哪個(gè)類(lèi)的 invoke 方法？

進(jìn)入acquireMethodAccessor方法，可以看到MethodAccessor由ReflectionFactory 的 newMethodAccessor方法決定。

再進(jìn)入 DelegatingMethodAccessorImpl 的 invoke方法：

DelegatingMethodAccessorImpl的invoke方法返回的是MethodAccessorImpl的invoke方法，而MethodAccessorImpl的invoke方法，由它的子類(lèi)NativeMethodAccessorImpl重寫(xiě)，這時(shí)候返回的是native invoke0，如下圖：

因此，Method.invoke() 方法，是由 native 的invoke0決定的，該方法是操作系統(tǒng)再 c/c++ 提供。

五、反射優(yōu)缺點(diǎn) 

反射是一項(xiàng)強(qiáng)大的技術(shù)，可以讓我們?cè)谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地獲取和操作類(lèi)的信息。然而，反射也有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。下面是反射的一些優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

• 動(dòng)態(tài)性：反射允許我們?cè)谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地獲取和操作類(lèi)的信息，而不需要在編譯時(shí)確定。這為編寫(xiě)靈活的、可擴(kuò)展的代碼提供了便利。
• 靈活性：通過(guò)反射，我們可以繞過(guò)訪(fǎng)問(wèn)修飾符的限制，訪(fǎng)問(wèn)和修改私有成員、調(diào)用私有方法等。這為我們?cè)谔厥馇闆r下進(jìn)行一些高級(jí)操作提供了可能。
• 框架開(kāi)發(fā)：反射在開(kāi)發(fā)框架和庫(kù)時(shí)非常有用。通過(guò)反射，框架可以動(dòng)態(tài)地加載和實(shí)例化類(lèi)，解析注解，處理回調(diào)等。這為框架提供了更大的靈活性和可擴(kuò)展性。
• 調(diào)試和探索：反射使得我們可以在運(yùn)行時(shí)探索代碼背后的信息，例如獲取類(lèi)的結(jié)構(gòu)、方法、字段等。這對(duì)于調(diào)試和理解復(fù)雜的代碼非常有幫助。

缺點(diǎn)：

• 性能開(kāi)銷(xiāo)：相比于直接調(diào)用代碼，使用反射會(huì)帶來(lái)更高的性能開(kāi)銷(xiāo)。反射涉及到動(dòng)態(tài)查找、方法調(diào)用等操作，這些操作比直接調(diào)用代碼更加耗時(shí)。因此，在對(duì)性能要求較高的場(chǎng)景下，過(guò)度使用反射可能導(dǎo)致性能下降。
• 安全性和穩(wěn)定性：反射打破了封裝性和類(lèi)型安全性。通過(guò)反射，我們可以繞過(guò)訪(fǎng)問(wèn)修飾符的限制，調(diào)用私有方法等。這可能導(dǎo)致代碼的不穩(wěn)定性和安全隱患。使用反射時(shí)需要格外小心，確保代碼的正確性和穩(wěn)定性。
• 可讀性和可維護(hù)性：反射使得代碼變得更加動(dòng)態(tài)和復(fù)雜，增加了代碼的復(fù)雜性和可讀性的難度。使用過(guò)多的反射可能導(dǎo)致代碼難以理解和維護(hù)，降低代碼的可讀性和可維護(hù)性。

綜上所述，反射是一項(xiàng)強(qiáng)大的技術(shù)，但需要謹(jǐn)慎使用。在實(shí)際項(xiàng)目中，應(yīng)根據(jù)具體情況權(quán)衡利弊，合理使用反射，遵循封裝和類(lèi)型安全的原則，以確保代碼的可讀性、可維護(hù)性和性能。

六、為什么需要反射 

反射機(jī)制在 Java中具有重要的作用和價(jià)值，它為我們提供了在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地獲取和操作類(lèi)的能力。以下是一些使用反射機(jī)制的常見(jiàn)場(chǎng)景和原因：

• 運(yùn)行時(shí)類(lèi)型檢查：反射機(jī)制允許我們?cè)谶\(yùn)行時(shí)獲取類(lèi)的信息，包括字段、方法和構(gòu)造方法等。這使得我們可以進(jìn)行運(yùn)行時(shí)類(lèi)型檢查，以確保代碼在處理不同類(lèi)型的對(duì)象時(shí)能夠正確地進(jìn)行操作。
• 動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對(duì)象：通過(guò)反射機(jī)制，我們可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建對(duì)象，而不需要在編譯時(shí)知道具體的類(lèi)名。這對(duì)于某些需要根據(jù)條件或配置來(lái)創(chuàng)建對(duì)象的情況非常有用，例如工廠(chǎng)模式或依賴(lài)注入框架。
• 訪(fǎng)問(wèn)和修改私有成員：反射機(jī)制使我們能夠繞過(guò)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限限制，訪(fǎng)問(wèn)和修改類(lèi)的私有字段和方法。雖然這破壞了封裝性原則，但在某些特定情況下，這種能力可以幫助我們進(jìn)行一些特殊操作，例如單元測(cè)試、調(diào)試或框架的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。
• 動(dòng)態(tài)調(diào)用方法：反射機(jī)制允許我們?cè)谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)用類(lèi)的方法，甚至可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)的條件來(lái)選擇不同的方法。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)插件化系統(tǒng)、處理回調(diào)函數(shù)或?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)代理等功能非常有用。
• 框架和庫(kù)的實(shí)現(xiàn)：許多Java框架和庫(kù)在其實(shí)現(xiàn)中廣泛使用了反射機(jī)制。它們利用反射來(lái)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和加載類(lèi)、實(shí)現(xiàn)依賴(lài)注入、處理注解、配置文件解析和動(dòng)態(tài)代理等。反射機(jī)制使得這些框架和庫(kù)更加靈活和擴(kuò)展。

需要注意的是，雖然反射機(jī)制提供了靈活性和動(dòng)態(tài)性，但它也帶來(lái)了一些潛在的性能開(kāi)銷(xiāo)和安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，在使用反射時(shí)需要謹(jǐn)慎，并權(quán)衡其優(yōu)缺點(diǎn)。它應(yīng)該被視為一種強(qiáng)大的工具，用于特定的情況和需求，而不是濫用或不必要地使用。

七、常用框架 

反射在Java開(kāi)發(fā)中有許多常用的框架和庫(kù)，它們利用了反射的能力來(lái)提供更強(qiáng)大的功能和靈活性。以下是一些常用的使用反射的框架和庫(kù)：

• Spring Framework：Spring是一個(gè)廣泛使用的 Java開(kāi)發(fā)框架，它在很多地方使用了反射。例如，Spring的依賴(lài)注入（DI）機(jī)制通過(guò)反射來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配，將對(duì)象的依賴(lài)關(guān)系動(dòng)態(tài)地注入到目標(biāo)對(duì)象中。
• Hibernate：Hibernate是一個(gè) Java持久化框架，它利用反射來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)表之間的映射。通過(guò)反射，Hibernate可以動(dòng)態(tài)地獲取實(shí)體類(lèi)的字段和屬性，并將其映射到數(shù)據(jù)庫(kù)表的列。
• JUnit：JUnit是一個(gè)流行的 Java單元測(cè)試框架，它使用反射來(lái)執(zhí)行測(cè)試方法。JUnit 通過(guò)反射動(dòng)態(tài)地查找并執(zhí)行帶有特定注解的測(cè)試方法，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的單元測(cè)試。
• Jackson：Jackson是一個(gè)用于 JSON處理的 Java庫(kù)，它利用反射來(lái)實(shí)現(xiàn) JSON 與 Java對(duì)象之間的轉(zhuǎn)換。Jackson可以通過(guò)反射來(lái)動(dòng)態(tài)地讀取和寫(xiě)入 Java對(duì)象的屬性，并將其轉(zhuǎn)換為 JSON格式。
• Spring MVC：Spring MVC是 Spring框架的一個(gè)模塊，用于構(gòu)建 Web應(yīng)用程序。它使用反射來(lái)處理 HTTP請(qǐng)求并調(diào)用相應(yīng)的處理方法。通過(guò)反射，Spring MVC可以根據(jù)請(qǐng)求的URL和參數(shù)動(dòng)態(tài)地調(diào)用對(duì)應(yīng)的控制器方法。

這里只列舉了一小部分使用反射的框架和庫(kù)的示例。實(shí)際上，反射在許多 Java開(kāi)發(fā)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括依賴(lài)注入框架、ORM框架、測(cè)試框架、序列化庫(kù)等等。通過(guò)利用反射，這些框架和庫(kù)能夠提供更大的靈活性和功能擴(kuò)展性，幫助我們更好地開(kāi)發(fā)和維護(hù)Java應(yīng)用程序。

八、總結(jié) 

本文講解了 Java反射的原理和使用方式，有了反射機(jī)制可以讓我們更靈活的操作 Java，因此，很多優(yōu)秀的框架也應(yīng)孕而生，從而使得 Java 生態(tài)越來(lái)越完善，毫不夸張的說(shuō)：反射是絕大多數(shù)框架的基石。

了解完 Java反射機(jī)制，我們能很清晰的知道，為什么很多框架在完全不知道業(yè)務(wù)代碼會(huì)如何編寫(xiě)的前提下，能夠靈活操作代碼，比如：Spring 的 DI(依賴(lài)注入)，這就是反射的強(qiáng)大之處，即實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)代碼和框架的解耦，又方便框架靈活管理與使用業(yè)務(wù)代碼。