Java 基礎 - 反射（1）

文章目錄

引入
- 類加載過程
- 1. 通過 new 創建對象
- 2. 通過反射創建對象
- - 2.1 觸發加載但不初始化
  - 2.2 按需觸發初始化
  - 2.3 選擇性初始化控制
核心用法
示例
- 1. 通過無參構造函數創建實例對象
- 2. 通過有參構造函數創建實例對象
- 3. 反射通過私有構造函數創建對象，破壞單例模式
- 4. 通過反射獲得類的public屬性值，演示getField與getDeclaredField兩者的區別

引入

當我們剛接觸java語言的時候，我們最常寫的代碼應該就是初始化某個對象，然后調用該對象的方法。如：

MyClass obj = new MyClass();
obj.doSth();

上面的這種用法的前提是，我們在寫代碼的時候已經確定要去創建MyClass類的具體實例對象。
那如果我們想在代碼運行的時候才去指定具體對象的類（比如根據傳入的參數名稱確定創建的類名），普通的硬編碼方式將無法實現需求；反射登場了。
反射為什么可以實現呢，這個就要先介紹一下類加載的過程了。

類加載過程

加載（Loading）
JVM將類的字節碼文件（.class）加載到內存，創建Class對象。
鏈接（Linking）

驗證：確保字節碼符合規范。
準備：為靜態變量分配內存并賦予默認值（如int初始化為0）。
解析：將符號引用轉換為直接引用。

初始化（Initialization）
執行類的靜態代碼塊（static {}）和靜態變量顯式賦值。

1. 通過 new 創建對象

new關鍵字會直接觸發類的完整加載、鏈接和初始化過程：

若類未加載：
- 立即執行加載、鏈接，完成后強制觸發類的初始化（執行static代碼塊和初始化靜態變量）。
初始化完成后：調用構造函數創建對象。
示例：

// 第一次使用類時觸發初始化
MyClass obj = new MyClass();

特點：

類必須在編譯時已知（硬編碼依賴）。
初始化在對象創建時必定發生。

2. 通過反射創建對象

通過反射（Class.newInstance()或Constructor.newInstance()）創建對象時，允許分階段控制類的加載過程：

2.1 觸發加載但不初始化

使用ClassLoader.loadClass()可加載類但不初始化：

ClassLoader loader = MyClass.class.getClassLoader();
Class<?> clazz = loader.loadClass("MyClass"); // 僅加載和鏈接，不初始化

此時尚未執行靜態代碼塊或靜態變量顯式賦值。

2.2 按需觸發初始化

在首次需要初始化時才觸發（如反射調用newInstance()）：

Object obj = clazz.newInstance(); // 觸發初始化 → 執行static代碼塊

2.3 選擇性初始化控制

通過Class.forName可指定是否初始化：

public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {// 反射示例：ClassLoader loader = MyClass.class.getClassLoader();// 加載類但不初始化（第三個參數為類加載器）System.out.println("加載類但不初始化1...");Class<?> clazz2 = Class.forName("com.test.galaxy.MyClass", false, loader);// 加載類但不初始化System.out.println("加載類但不初始化2...");Class<?> clazz = loader.loadClass("com.test.galaxy.MyClass"); // 無輸出// 觸發初始化前，類的靜態代碼塊仍未執行System.out.println("準備創建對象...");Object obj = clazz.newInstance(); // 輸出：靜態代碼塊執行！// 加載類同時觸發初始化System.out.println("加載類同時觸發初始化...");Class<?> clazz1 = Class.forName("com.test.galaxy.MyClass2");}
}
class MyClass {static {System.out.println("靜態代碼塊執行！"); // 初始化觸發}
}
class MyClass2 {static {System.out.println("靜態代碼塊2執行！"); // 初始化觸發}
}

特點：

類的加載步驟可拆分（加載、鏈接、初始化分開觸發）。
初始化在需要時才發生（如通過newInstance()）。
靈活支持運行時動態加載類（例如插件化架構）。

核心用法

反射允許程序在運行時動態獲取類的信息并操作類或對象。核心類是 Class，關鍵操作包括：

動態創建對象（newInstance()）
調用方法（method.invoke()）
訪問/修改字段（field.get()/set()）

示例

1. 通過無參構造函數創建實例對象

import java.lang.reflect.Constructor;
public class ReflectionExample1 {public static void main(String[] args) {try {// 1. 獲取Class對象（觸發類加載，可能初始化）Class<?> clazz = Class.forName("com.test.galaxy.User");// 2. 獲取無參構造方法（需處理異常）Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();// 3. 調用newInstance()創建實例（無參數）Object instance = constructor.newInstance();System.out.println("實例創建成功：" + instance.getClass());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}
class User {public User() {System.out.println("無參構造函數被調用！");}
}

關鍵說明

Class.forName()：動態加載類，默認觸發初始化。
getDeclaredConstructor()：傳入空參數類型列表表示獲取無參構造方法。
私有構造方法處理：若構造函數是私有（private），需調用 constructor.setAccessible(true) 解除訪問限制。

2. 通過有參構造函數創建實例對象

import java.lang.reflect.Constructor;public class ReflectionExample2 {public static void main(String[] args) {try {// 1. 獲取Class對象（注意使用全限定類名）Class<?> clazz = Class.forName("com.test.galaxy.User2");// 2. 指定參數類型列表，獲取有參構造方法Class<?>[] paramTypes = {String.class, int.class}; // 參數類型順序嚴格匹配Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(paramTypes);// 3. 傳遞參數值實例化對象Object[] initArgs = {"張三", 25}; // 參數值順序與類型列表一致Object instance = constructor.newInstance(initArgs);System.out.println("實例創建成功：" + instance.getClass());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}
class User2 {private String name;private int age;public User2(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;System.out.println("有參構造函數被調用！name=" + name + ", age=" + age);}
}

關鍵說明

參數類型匹配：必須精確指定參數類型（如 int.class 不能寫作 Integer.class）。
參數值順序：傳入的參數值順序需與聲明時一致。
可變長參數處理：若構造方法參數為可變長度（如 String…），類型寫為 String[].class。

3. 反射通過私有構造函數創建對象，破壞單例模式

import java.lang.reflect.Constructor;class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {// 私有構造函數}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}
public class ReflectionExample3 {public static void main(String[] args) {try {// 通過正常方式獲取單例對象Singleton instance1 = Singleton.getInstance();System.out.println("正常實例：" + instance1);// 方式 1：通過反射創建新實例（直接訪問構造函數）Class<Singleton> clazz = Singleton.class;Constructor<Singleton> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();constructor.setAccessible(true); // 訪問私有構造函數Singleton instance2 = constructor.newInstance();// 方式 2：通過反射多次創建實例（動態控制）for (int i = 0; i < 3; i++) {Constructor<Singleton> ctor = clazz.getDeclaredConstructor();ctor.setAccessible(true);Singleton instance = ctor.newInstance();System.out.println("反射實例 " + (i+1) + ": " + instance);}// 驗證兩個實例是否相同System.out.println("instance1 == instance2 ? " + (instance1 == instance2));} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

4. 通過反射獲得類的public屬性值，演示getField與getDeclaredField兩者的區別

getField() 的特點
- 只能獲取當前類及繼承鏈中聲明為 public 的屬性；
- 無法獲取非 public 屬性；
- 可以直接訪問繼承的父類 public 屬性。
getDeclaredField() 的特點
- 能獲取當前類中聲明的所有屬性（包括 private/protected/public）；
- 無法獲取父類聲明的屬性；
- 訪問非 public 屬性需通過 setAccessible(true)。

import java.lang.reflect.Field;class Parent {public String parentPublicField = "Parent-Public";private String parentPrivateField = "Parent-Private";
}
class Child extends Parent {public String childPublicField = "Child-Public";private String childPrivateField = "Child-Private";
}
public class ReflectionExample4 {public static void main(String[] args) {Child child = new Child();Class<?> clazz = Child.class;try {// ======================= 使用 getField() ========================// 1. 獲取子類的 public 屬性（成功）Field childPublicField = clazz.getField("childPublicField");System.out.println("[getField] 子類 public 屬性: " + childPublicField.get(child));// 2. 獲取父類的 public 屬性（成功）Field parentPublicField = clazz.getField("parentPublicField");System.out.println("[getField] 父類 public 屬性: " + parentPublicField.get(child));// 3. 嘗試獲取子類的 private 屬性（失敗，觸發異常）clazz.getField("childPrivateField");} catch (Exception e) {System.err.println("[getField 失敗] " + e.getClass().getSimpleName() + ": " + e.getMessage());}try {// ================== 使用 getDeclaredField() ======================// 1. 獲取子類的 public 屬性（成功）Field childPublicDeclaredField = clazz.getDeclaredField("childPublicField");System.out.println("[getDeclaredField] 子類 public 屬性: " + childPublicDeclaredField.get(child));// 2. 獲取子類的 private 屬性（需解除訪問限制）Field childPrivateDeclaredField = clazz.getDeclaredField("childPrivateField");childPrivateDeclaredField.setAccessible(true);  // 強制訪問私有屬性System.out.println("[getDeclaredField] 子類 private 屬性: " + childPrivateDeclaredField.get(child));// 3. 嘗試獲取父類的屬性（失敗，無論是否是 public）clazz.getDeclaredField("parentPublicField");} catch (Exception e) {System.err.println("[getDeclaredField 失敗] " + e.getClass().getSimpleName() + ": " + e.getMessage());}}
}