Java 反射机制深度解析：类信息的来源、declared 的区别、赋值操作及暴力反射

在 Java 开发中，反射机制是一个强大且灵活的工具，它允许程序在运行时动态地获取类的信息、创建对象、调用方法和访问字段等。本文将结合代码示例和图示，深入探讨以下四个问题：

  1. 类信息来自哪里？

  2. 获取类信息时加不加 declared 的区别是什么？

  3. 如何使用类信息进行赋值操作？

  4. 什么是暴力反射？如何使用暴力反射？

一、类信息来自哪里？

类信息的来源可以分为以下几个阶段：

  1. 源码阶段：开发者编写的 .java 文件，定义了类的结构，包括字段、方法和构造器等。

  2. 编译阶段：通过 javac 编译器将 .java 文件编译为 .class 文件，类的信息被存储在字节码文件中。

  3. 加载阶段：JVM 的类加载器（ClassLoader）将 .class 文件加载到内存中，并生成对应的 Class 对象。

  4. 运行阶段：通过反射机制，程序可以动态获取 Class 对象中的字段、方法和构造器等信息。

1. 获取 Class 对象的三种方式

在 Java 中，可以通过以下三种方式获取 Class 对象：

  1. 通过全类名获取：

    Class clazz1 = Class.forName("com.gcby.Student");

  2. 通过类的 .class 属性获取：

    Class clazz2 = Student.class;

  3. 通过实例的 .getClass() 方法获取：

    Student student = new Student();
Class clazz3 = student.getClass();

2. 三种方式的等价性

通过上述三种方式获取的 Class 对象是同一个对象，可以使用 == 进行比较：

System.out.println(clazz1 == clazz2); // true
System.out.println(clazz1 == clazz3); // true

3. 类信息的加载过程

类信息的加载过程如下图所示：

  1. 源码文件：xxx.java。

  2. 编译生成字节码文件：xxx.class。

  3. 类加载器加载字节码文件：生成 Class 对象，包含字段、方法和构造器等信息。

  4. 运行时访问类信息：通过反射机制动态获取类信息。

二、Student 类的定义

为了更好地理解反射机制，我们先来看一下 Student 类的定义：

package com.gcby;public class Student {private String name; // 私有字段public int age;       // 公共字段double height;        // 默认访问权限字段protected char sex;   // 受保护字段// 私有方法private void run() {System.out.println("Running...");}// 公共方法public int getAge() {return this.age;}// 默认访问权限方法String getNameString(String name) {return name;}// 受保护方法protected void run(String a, int b) {System.out.println(a + " " + b);}// 构造器public Student(String name, int age, double height, char sex) {this.name = name;this.age = age;this.height = height;this.sex = sex;}public Student(double height, char sex) {this.height = height;this.sex = sex;}
}

三、获取类信息时加不加 declared 的区别

在使用反射机制获取类信息时，getDeclaredFields()、getDeclaredMethods() 和 getDeclaredConstructors() 方法与 getFields()、getMethods() 和 getConstructors() 方法有显著区别：

  1. getDeclared 方法：

    • 获取当前类中声明的所有字段、方法或构造器，包括私有（private）、受保护（protected）、默认（包访问权限）和公共（public）的成员。

    • 不会获取父类的成员。

  2. get 方法：

    • 获取当前类及其父类中所有公共（public）的字段、方法或构造器。

    • 不会获取非公共成员。

1. 示例代码

获取字段
Field[] fields = clazz.getDeclaredFields(); // 获取所有声明的字段
Field[] publicFields = clazz.getFields();   // 获取所有公共字段
获取方法
Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods(); // 获取所有声明的方法
Method[] publicMethods = clazz.getMethods();   // 获取所有公共方法
获取构造器
Constructor[] constructors = clazz.getDeclaredConstructors(); // 获取所有声明的构造器
Constructor[] publicConstructors = clazz.getConstructors();   // 获取所有公共构造器

2. 示例输出

假设 Student 类如下：

public class Student {private String name;public int age;double height;protected char sex;private void run() {}public int getAge() { return age; }
}
使用 getDeclaredFields()：
Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
System.out.println(Arrays.toString(fields));
// 输出：
// [field Student.name, field Student.age, field Student.height, field Student.sex]
使用 getFields()：
Field[] publicFields = clazz.getFields();
System.out.println(Arrays.toString(publicFields));
// 输出：
// [field Student.age]
使用 getDeclaredMethods()：
Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
System.out.println(Arrays.toString(methods));
// 输出：
// [method void Student.run(), method int Student.getAge()]
使用 getMethods()：
Method[] publicMethods = clazz.getMethods();
System.out.println(Arrays.toString(publicMethods));
// 输出：
// [method int Student.getAge()]

四、如何使用类信息进行赋值

通过反射机制，可以动态地为对象的字段赋值，即使字段是私有的。以下是具体步骤：

  1. 获取类对象：

    Class clazz = Class.forName("com.gcby.Student");

  2. 创建实例：

    Constructor constructor = clazz.getConstructor();
Student student = (Student) constructor.newInstance();

  3. 获取字段并赋值：

    Field nameField = clazz.getDeclaredField("name");
nameField.setAccessible(true); // 忽略访问权限修饰符
nameField.set(student, "张三");

  4. 调用方法：

    Method runMethod = clazz.getDeclaredMethod("run");
runMethod.setAccessible(true);
runMethod.invoke(student);

1. 示例代码

完整代码如下：

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Arrays;public class Test {public static void main(String[] args) throws Exception {Class clazz = Class.forName("com.gcby.Student");// 创建实例Constructor constructor = clazz.getConstructor();Student student = (Student) constructor.newInstance();// 获取字段并赋值Field nameField = clazz.getDeclaredField("name");nameField.setAccessible(true);nameField.set(student, "张三");Field ageField = clazz.getDeclaredField("age");ageField.setAccessible(true);ageField.set(student, 18);Field heightField = clazz.getDeclaredField("height");heightField.setAccessible(true);heightField.set(student, 185.5);Field sexField = clazz.getDeclaredField("sex");sexField.setAccessible(true);sexField.set(student, '男');// 调用方法Method runMethod = clazz.getDeclaredMethod("run");runMethod.setAccessible(true);runMethod.invoke(student);Method getAgeMethod = clazz.getDeclaredMethod("getAge");System.out.println("Age: " + getAgeMethod.invoke(student)); // 输出：Age: 18}
}

2. 输出结果

Running...
Age: 18

五、什么是暴力反射？

暴力反射（也称为“强制反射”）是指通过反射机制绕过 Java 的访问控制限制，访问或修改类的私有成员。在 Java 中，私有成员（如私有字段和私有方法）在默认情况下是不可访问的，但通过反射机制可以强制访问这些成员。

1. 暴力反射的原理

暴力反射的核心在于 setAccessible(true) 方法。该方法可以绕过 Java 的访问控制限制，允许访问或修改私有成员。以下是具体步骤：

  1. 获取类对象：

    Class clazz = Class.forName("com.gcby.Student");

  2. 获取私有字段或方法：

    Field privateField = clazz.getDeclaredField("name");
Method privateMethod = clazz.getDeclaredMethod("run");

  3. 设置访问权限：

    privateField.setAccessible(true);
privateMethod.setAccessible(true);

  4. 访问或修改私有成员：

    privateField.set(student, "张三");
privateMethod.invoke(student);

2. 示例代码

完整代码如下：

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;public class Test {public static void main(String[] args) throws Exception {Class clazz = Class.forName("com.gcby.Student");// 创建实例Student student = (Student) clazz.newInstance();// 获取私有字段并赋值Field nameField = clazz.getDeclaredField("name");nameField.setAccessible(true);nameField.set(student, "张三");// 获取私有方法并调用Method runMethod = clazz.getDeclaredMethod("run");runMethod.setAccessible(true);runMethod.invoke(student);// 输出结果System.out.println("Name: " + nameField.get(student)); // 输出：Name: 张三}
}

3. 输出结果

Running...
Name: 张三

六、总结

  1. 类信息的来源：类信息从源码文件经过编译生成字节码文件，再由类加载器加载到内存中，生成 Class 对象。

  2. getDeclared 与 get 的区别：getDeclared 获取当前类中声明的所有成员，包括私有成员；get 只获取公共成员，包括父类的公共成员。

  3. 使用类信息赋值：通过反射机制，可以动态获取字段并赋值，即使字段是私有的，也可以通过 setAccessible(true) 忽略访问权限修饰符。

  4. 暴力反射：暴力反射通过 setAccessible(true) 方法绕过 Java 的访问控制限制，允许访问或修改私有成员。虽然暴力反射在某些场景下非常有用，但在实际开发中应谨慎使用，避免破坏类的封装性和安全性。

反射机制是 Java 中的强大工具，但在实际开发中应谨慎使用，避免破坏封装性导致代码难以维护。

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