[笔记]反射的概念和应用
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Java

1025 字
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14 分钟

在 Java 编程领域，反射机制如同赋予开发者一把 “万能钥匙”，能在运行时动态操作类与对象。本文将结合实际代码示例，深入剖析反射的核心概念、操作方法及其在代理模式中的应用，帮助读者全面掌握这一高级特性。

一、反射核心概念与作用

1. 什么是反射？

反射（Reflection）是 Java 的一项强大特性，允许程序在运行时动态获取类的信息（如类的属性、方法、构造器等），并能操作类或对象的内部属性及方法。

  • 核心类：位于java.lang.reflect包下，包括Class、Field、Method、Constructor等。
  • 本质：通过 JVM 在运行时暴露的类元数据（Class对象），突破编译期限制，实现动态操作。

2. 反射的主要作用

  • 动态创建对象：无需在编译期知道具体类名，通过类名即可创建实例。
  • 访问私有成员：通过暴力反射（setAccessible(true)）突破封装性，操作私有字段或方法。
  • 框架开发：Spring 的依赖注入（DI）、MyBatis 的 ORM 映射等框架均基于反射实现。

  • 单元测试：动态调用被测类的私有方法，提升测试覆盖率。

    3. 示例代码：Animal类定义

    // 定义Animal类，包含注解、接口实现、构造器、方法
package com.kai.demo;
import java.lang.annotation.*;
// 自定义类注解（运行时保留）
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
@interface DomesticAnimal {
String category() default "宠物"; // 默认属性值
boolean endangered() default false;
}
// 定义接口
public interface Feedable { void feed(); }
public interface Trainable { void train(); }
// Animal类实现接口并应用注解
@DomesticAnimal(category = "哺乳动物") // 显式设置属性值
public class Animal implements Feedable, Trainable {
public String name; // 公开字段
private int age; // 私有字段

// 构造器重载
public Animal() { this.name = "--"; }
public Animal(String name) { this.name = name; }
public Animal(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; }

// 公开方法
public void eating() {
    System.out.println("Hi my name is " + name + " I'm eating");
}

// 私有方法（演示暴力反射）
private void run(String speed) {
    System.out.println(name + " is running " + speed);
}

// 接口实现方法
@Override 
public void feed() { System.out.println(name + "正在进食..."); }
@Override 
public void train() { System.out.println(name + "正在接受训练..."); }
}

    上述代码构建了一个Animal类，涵盖注解、接口、字段、构造器和方法，后续将基于此进行反射操作演示。

    二、反射基础操作实战

    1. 获取Class对象的三种方式

    public class ReflectionDemo {
@Test
public void crateClassObj() throws Exception { // 简化异常抛出
    // 方式1：类字面量（编译期安全）
    Class animalClass = Animal.class; // 获取Animal类的Class对象
    Animal animal = animalClass.getConstructor().newInstance(); // 调用无参构造器
    animal.eating(); // 输出：Hi my name is -- I'm eating

    // 方式2：Class.forName（动态加载）
    Class aClass = (Class) Class.forName("com.kai.demo.Animal");
    System.out.println("aClass == animalClass = " + (aClass == animalClass)); // 输出：true

    // 方式3：对象.getClass()（运行时获取）
    Animal instance = new Animal("Tom", 2);
    Class aClass1 = instance.getClass();
    System.out.println("aClass1 == animalClass = " + (aClass1 == animalClass)); // 输出：true
}
}

    关键点：无论采用哪种方式，获取到的Class对象在 JVM 中都是唯一实例，因为每个类仅对应一个Class元数据。

    2. 动态创建对象

    @Test
public void getClassConstructor() throws Exception {
Class animalClass = Animal.class;

// 获取公开无参构造器（public Animal()）
Constructor paramConstructor = animalClass.getConstructor(String.class);
Animal yoyo = paramConstructor.newInstance("Yoyo"); // 等价于 new Animal("Yoyo")
yoyo.eating(); // 输出：Hi my name is Yoyo I'm eating

// 注意：获取私有构造器时，getConstructor会报错
// 因为该方法只能获取public构造器，私有构造器需用getDeclaredConstructor
// 例如：获取private void run(String) 需用getDeclaredMethod
}

    3. 操作私有成员

    （1）访问私有字段age

    @Test
public void getClassFields() throws Exception {
Class animalClass = Animal.class;

// 公开字段：直接获取
Field nameField = animalClass.getField("name"); // 对应public String name;

// 私有字段：需声明为可访问
Field ageField = animalClass.getDeclaredField("age"); // 对应private int age;
ageField.setAccessible(true); // 暴力反射，允许访问私有字段

// 创建实例并修改字段值
Animal tom = new Animal("Tom", 2);
nameField.set(tom, "Tim"); // 等价于 tom.name = "Tim"
ageField.set(tom, 3); // 直接修改私有字段age
System.out.println("修改后：" + tom.name + ", 年龄：" + ageField.get(tom));
// 输出：修改后：Tim, 年龄：3
}

    （2）调用私有方法run(String)

    @Test
public void getClassMethod() throws Exception {
Class animalClass = Animal.class;
Animal tom = animalClass.getConstructor(String.class, int.class).newInstance("Tom", 2);

// 调用公开方法eating()
Method eatingMethod = animalClass.getMethod("eating");
eatingMethod.invoke(tom); // 输出：Hi my name is Tom I'm eating

// 调用私有方法run(String)（需暴力反射）
Method runMethod = animalClass.getDeclaredMethod("run", String.class);
runMethod.setAccessible(true); // 允许调用私有方法
runMethod.invoke(tom, "slowly"); // 输出：Tom is running slowly
}

    三、反射在代理模式中的应用

    1. 静态代理：AnimalStaticProxy类

    // 静态代理类，实现与目标类相同的接口
public class AnimalStaticProxy implements Feedable, Trainable {
private final Animal target; // 持有目标对象引用

public AnimalStaticProxy(Animal target) { this.target = target; }

// 代理方法：增强eating()逻辑
public void eating() {
    System.out.println("[静态代理] 准备动作...");
    target.eating(); // 调用目标方法
    System.out.println("[静态代理] 动作完成...");
}

// 接口实现方法
@Override 
public void feed() {
    System.out.println("准备食物...");
    target.feed(); // 调用目标方法
    System.out.println("清理餐具...");
}
}

    使用示例：

    public class ProxyDemo {
public static void main(String[] args) {
    Animal cat = new Animal("Tom", 3);
    AnimalStaticProxy proxy = new AnimalStaticProxy(cat);
    proxy.feed(); // 通过代理调用接口方法
    // 输出：
    // 准备食物...
    // Tom正在进食...
    // 清理餐具...
}
}

    2. JDK 动态代理：AnimalInvocationHandler类

    public class AnimalInvocationHandler implements InvocationHandler {
private final Object target; // 目标对象（支持多态）

public AnimalInvocationHandler(Object target) { this.target = target; }

@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    // 前置增强：打印方法名
    System.out.println("[动态代理] 调用方法：" + method.getName());

    // 调用目标方法（核心逻辑）
    Object result = method.invoke(target, args); // 反射调用目标对象的方法

    // 后置增强：无操作
    return result;
}

// 生成代理对象的工厂方法
public Object getProxyInstance() {
    return Proxy.newProxyInstance(
        target.getClass().getClassLoader(), // 类加载器与目标类一致
        target.getClass().getInterfaces(), // 代理目标类实现的所有接口
        this // 当前InvocationHandler实例
    );
}
}

    使用示例：

    public class DynamicProxyDemo {
public static void main(String[] args) {
    Animal dog = new Animal("Lucy", 2);

    // 生成代理对象（实现Feedable接口）
    Feedable proxy = (Feedable) new AnimalInvocationHandler(dog).getProxyInstance();
    proxy.feed(); // 调用代理方法

    // 输出：
    // [动态代理] 调用方法：feed
    // 准备食物...（假设目标类feed()方法的逻辑）
    // Lucy正在进食...
}
}

    四、反射的性能测试

    @Test
public void performanceTest() throws Exception {
Animal tom = new Animal("Tom", 2);
Method eatingMethod = Animal.class.getMethod("eating");

// 直接调用100万次
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
    tom.eating(); // 直接调用
}
System.out.println("直接调用耗时：" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");

// 反射调用100万次
start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
    eatingMethod.invoke(tom); // 反射调用
}
System.out.println("反射调用耗时：" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
}

    典型输出：

    直接调用耗时：123ms 
反射调用耗时：4567ms （约慢30倍）

    测试结果直观展现了反射调用在性能上与直接调用的差距，在实际开发中应谨慎使用反射，避免频繁调用影响程序效率。

    五、总结

反射核心操作 关键代码示例 原始文档对应方法
获取Class对象 Class<Animal clazz = Animal.class; crateClassObj
创建实例 Constructor.newInstance(); getClassConstructor
访问字段 Field.get(obj); Field.set(obj, value); getClassFields
调用方法 Method.invoke(obj, args); getClassMethod
静态代理 AnimalStaticProxy implements Feedable AnimalStaticProxy类
动态代理 Proxy.newProxyInstance() + InvocationHandler AnimalInvocationHandler

通过上述代码示例与解析，读者能够系统掌握 Java 反射机制从基础操作到实际应用的全流程。反射虽功能强大，但也伴随着性能和安全风险，开发者需根据具体场景权衡使用，让这把 “万能钥匙” 在合适的场景中发挥最大价值。
// Kai@CodeHubble | Observing: Java/2025-06-29

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