K博士：反射？反射是个什么东西？

哈啰，各位小伙伴们，这里是每天进步一点点的花栗鼠小K

前些天一直在写设计模式相关的内容，面试常遇到的模式也介绍七七八八了，写的实在有点心累了。于是乎，小K打算本期换个方向，换个心情聊点别的面试题。

今天就来聊一下反射吧，它算是程序员最基础的知识啦。反射之于Java程序员，如知网之于大学生。试想，面试官问到反射时，咱总不能说：反射？反射是个什么东西？，那岂不是要撤销程序猿的身份

调侃太过就不礼貌了，话休烦絮，小K带大家走近反射

照例哈，咱们先从是什么开始

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什么是反射？

反射（Reflection）是 Java 程序开发语言的特征之一，它允许运行中的 Java 程序对自身进行检查，或者说『自审』，并能直接操作程序的内部属性和方法，即程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力

反射是所有注解实现的原理，尤其在框架设计中，有不可替代的作用，比如Bean，此处@一波栗子为——《一文搞懂bean的生命周期》

通俗点说，镜子知道吧。镜子可以清晰地照出我是谁、别人是谁。反映到程序中，反射就是用来让开发者知道这个类中有什么成员，以及别的类中有什么成员

那么围绕反射的这个特性，面试过程经常会遇到以下问题：

如何反射获取 Class 对象

如何反射获取类中的所有字段

如何反射获取类中的所有构造方法

如何反射获取类中的所有非构造方法

Oracle官方文档指出，反射的应用主要包含如下：

反射让开发人员可以通过外部类的全路径名创建对象，并使用这些类，实现一些扩展的功能

反射让开发人员可以枚举出类的全部成员，包括构造函数、属性、方法。以帮助开发者写出正确的代码

测试时可以利用反射 API 访问类的私有成员，以保证测试代码覆盖率

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反射API

直接上图

反射API脑图

Java 类的成员包括以下三类：属性字段、构造函数、方法。反射的 API 恰恰也是与这几个成员相关

小K在这里先创建一个People类

public class People {
    private String name;
    public int age;

    public People() {
    }

    private People(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    
    private String display(String input) {
        System.out.println("display: "+name+", "+age+", "+input);
        return "I love you";
    }
}

可以看到，Student 类中有两个字段、两个构造方法、两个函数，且都是一个私有，一个公有。由此可知，People类基本涵盖了平时常用的所有类成员。

PS：这里对构造函数和 display()设置为私有，是为了后续介绍『通过反射获取私有成员后应该如何使用』，做一个铺垫。

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API的调用

获取 Class 对象的三种方式

通过字符串获取Class对象，这个字符串必须带上完整路径名

Class peopleClass1 = Class.forName("reflect.People");

通过类的class属性

Class peopleClass2 = People.class;

通过对象的 getClass() 函数

People people = new People();
Class peopleClass3 = people.getClass();

第一种方法是通过类的全路径字符串获取 Class 对象，这也是我们平时最常用的反射获取 Class 对象的方法

第二种方法有限制条件：需要导入类的包

第三种方法已经有了 People 对象，不再需要反射

运行代码

System.out.println("class1 = " + peopleClass1 + "n" +
        "class2 = " + peopleClass2 + "n" +
        "class3 = " + peopleClass3 + "n" +
        "class1 == class2 ? " + (peopleClass1 == peopleClass2) + "n" +
        "class2 == class3 ? " + (peopleClass2 == peopleClass3));

运行结果如下：

class1 = class reflect.People
class2 = class reflect.People
class3 = class reflect.People
class1 == class2 ? true
class2 == class3 ? true

通过这三种方式获取到的 Class 对象是同一个，也就是说 Java 运行时，每一个类只会生成一个 Class 对象

既然已经获取了Class 对象，接下来就可以随心所欲啦！

获取成员变量

获取字段有两个 API ：getDeclaredFields 和 getFields 。

它们的区别是:

getDeclaredFields 用于获取所有声明的字段，包括公有字段和私有字段

getFields 仅用来获取公有字段

获取所有声明字段

Field[] declaredFields = peopleClass1.getDeclaredFields();
for (Field declaredField : declaredFields) {
    System.out.println("declaredField: " + declaredField);
}

获取所有公有字段

Field[] fields = peopleClass1.getFields();
for (Field field : fields) {
    System.out.println("field: " + field);
}

运行结果如下：

declaredField: private java.lang.String reflect.People.name
declaredField: public int reflect.People.age
field: public int reflect.People.age

获取构造方法

获取构造方法同样包含了两个 API：getDeclaredConstructors 和 getConstructors

它们的区别是：

getDeclaredConstructors ：用于获取所有构造方法

getConstructors：仅用于获取公有构造方法

获取所有声明的构造方法

Constructor[] declaredConstructors = peopleClass1.getDeclaredConstructors();
for (Constructor declaredConstructor : declaredConstructors) {
    System.out.println("declaredConstructor: " + declaredConstructor);
}

获取所有公有的构造方法

Constructor[] constructors = peopleClass1.getConstructors();
for (Constructor constructor : constructors) {
    System.out.println("constructor: " + constructor);
}

运行结果如下：

declaredConstructor: public reflect.People()
declaredConstructor: private reflect.People(java.lang.String)
constructor: public reflect.People()

获取非构造方法

同样地，获取非构造方法的两个 API是：getDeclaredMethods 和 getMethods

它们的区别是：

getDeclaredMethods：获取所有声明的非构造函数

getMethods：仅获取公有非构造函数

获取所有声明的函数

Method[] declaredMethods = peopleClass1.getDeclaredMethods();
for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
    System.out.println("declaredMethod: " + declaredMethod);
}

获取所有公有的函数

Method[] methods = peopleClass1.getMethods();
for (Method method : methods) {
    System.out.println("method: " + method);
}

运行结果如下：

declaredMethod: private java.lang.String reflect.People.display(java.lang.String)
declaredMethod: public void reflect.People.setAge(int)
method: public void reflect.People.setAge(int)
method: public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
method: public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
method: public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
method: public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
method: public java.lang.String java.lang.Object.toString()
method: public native int java.lang.Object.hashCode()
method: public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
method: public final native void java.lang.Object.notify()
method: public final native void java.lang.Object.notifyAll()

从输出中我们看到，getMethods 方法不仅获取到了我们声明的公有方法 setStudentAge ，还获取到了很多 Object 类中的公有方法。Object 是所有 Java 类的父类，所有对象都默认实现了 Object 类的方法。而getDeclaredMethods 是无法获取到父类中的方法的。

`API` 综合实践

接下来，小K将综合上面提及的反射 API ，带大家理一下通常实际应用中，反射如何处理和调用

// 1.通过字符串获取Class对象，这个字符串必须带上完整路径名
Class peopleClass = Class.forName("reflect.People");
// 2.获取声明的构造方法，传入所需参数的类名，如果有多个参数，用','连接即可
Constructor peopleConstructor = peopleClass.getDeclaredConstructor(String.class);
// 如果是私有的构造方法，需要调用下面这一行代码使其可使用，公有的构造方法则不需要下面这一行代码
peopleConstructor.setAccessible(true);
// 使用构造方法的newInstance方法创建对象，传入构造方法所需参数，如果有多个参数，用','连接即可
Object people = peopleConstructor.newInstance("小K");
// 3.获取声明的字段，传入字段名
Field peopleAgeField = peopleClass.getDeclaredField("age");
// 如果是私有的字段，需要调用下面这一行代码使其可使用，公有的字段则不需要下面这一行代码
// studentAgeField.setAccessible(true);
// 使用字段的set方法设置字段值，传入此对象以及参数值
peopleAgeField.set(people,24);
// 4.获取声明的函数，传入所需参数的类名，如果有多个参数，用','连接即可
Method peopleShowMethod = peopleClass.getDeclaredMethod("display", String.class);
// 如果是私有的函数，需要调用下面这一行代码使其可使用，公有的函数则不需要下面这一行代码
peopleShowMethod.setAccessible(true);
// 使用函数的invoke方法调用此函数，传入此对象以及函数所需参数，如果有多个参数，用','连接即可。函数会返回一个Object对象，使用强制类型转换转成实际类型即可
Object result = peopleShowMethod.invoke(people,"sixChestNuts");
System.out.println("result: " + result);

运行结果如下：

display: 小K, 24, sixChestNuts
result: I love you

小K带大家梳理一下逻辑：

先用第一种全路径获取 Class 的方法获取到了 People 的 Class 对象

然后反射调用它的私有构造方法 private People(String name)，构建出 newInstance再将其公有字段 age 设置为 24

最后反射调用其私有方法 display，传入参数 “sixChestNuts”，并打印出这个方法的返回值。

其中，setAccessible 函数用于动态获取访问权限，Constructor 、Field 、Method 都提供了此方法，让我们得以访问类中的私有成员。