一文带你了解Java反射机制

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上周上班的时候解决一个需求，需要将一批数据导出到 Excel。本来公司的中间件组已经封装好了使用 POI 生成 Excel 的工具方法，但是无奈产品的需求里面有个合并单元格的要求，工具类中找了半天也没发现适用的方法，就只能自己撸起袖子干了。导出 Excel 的工具方法会少不了使用反射，但是反射这东西对于我这种写业务代码的人来说接触比较少，所以就恶补了一下，写下这篇文章记录一下。

什么是反射

万物究其根，研究一样新东西，首先我们需要了解它是什么，干什么用的。在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为 Java 语言的反射机制。那么我们又能利用反射做什么呢？

• 在运行时分析类。
• 在运行时查看对象，我们还可以利用反射编写一个 toString 方法供所有类使用。
• 利用 Method 对象，在运行时任意调用一个对象的方法。

那么本篇文章将围绕者上面三个点来了解一下 Java 的反射机制。在开始之前，我们先来介绍一下一个类，这个类是我们在使用反射的过程中必不可少会使用到的一个类。

Class 类

在运行时，Java 运行时系统会为每一个对象都维护一个标识这个对象类型的信息，而保存这些信息的类型就是 Class 类。我们可以通过对象的 getClass() 方法来获取该对象对于的 Class 对象，就像下面这样。

User user = new User();
Class c = user.getClass();

这个世界上的任何东西都有它存在的意义，那么我们可以用 Class 对象来干什么呢？我们最常使用 Class 来判断一个对象是不是属于某个类型，就像下面这样：

User user = new User();

if (user.getClass() == User.class) {System.out.println("user is User");
}

当然我们也经常会使用 Class 类的 getName() 方法来获取某个类的名称。有写时候，我们还会利用它的 newInstance() 方法来获取某个类型的实例（当这类没有提供共有的构造方法时）。

利用反射分析类

分析一个类，无外乎就是查看这个类中的属性、方法以及其构造方法了。在 Java 的反射包中提供了三个类 Field、Method 以及 Constructor 来分别描述属性、方法和构造器。
下面我们就分别来看下，我们是如何通过反射机制来获取一个类的这些信息的。
1. 获取属性

User user = new User();
Class cl = user.getClass();
Field[] fields1 = cl.getFields();
Field[] fields2 = cl.getDeclaredFields();

可以看到我们可以利用 getFields() 和getDeclaredFields()两个方法来获取类中的属性列表，那么这两个方法有什么区别呢？区别就是前者只会返回类的共有成员信息，而后者这会返回类中所有的成员信息包括公有的、私有的、受保护的，但是不包括父类的成员信息。

2. 获取构造器

Constructor[] constructors1 = cl.getConstructors();
Constructor[] constructors2 = cl.getDeclaredConstructors();

3. 获取方法

Method[] methods1 = cl.getMethods();
Method[] methods2 = cl.getDeclaredMethods();

可以看到我们可以通过一个类的 Class 对象很轻松的获取他的属性、构造器以及方法信息。但是在 Field、Constructor 以及 Method 中又分别提供了哪些 api 呢？下面我们就一起来看下。

1.getName()方法，用来获取对应的名称。同时存在于 Field、Constructor 以及 Method 类中 。
2.getModifiers() 方法来获取前面的修饰符（public 等），但是 getModifiers() 返回的是一个 int 值，我们可以通过 Modifier.toString(int i) 将其转换成对应的字符串。也同样同时存在于 Field、Constructor 以及 Method 类中。
3.getParameterTypes()方法，用来获取方法的参数类型数组。存在于 Constructor 以及 Method 类中
4.getReturnType() 方法，用来获取方法的返回类型。只存在于 Method 类中

有了这些 api，我们就拥有了在运行时分析一个类的能力，我们可以通过一个简单的小例子来实践一下，我们可以编写一个方法来输出一个类的完整信息，具体的实现会在文末给出，大家可以先自己尝试一下。

利用反射查看对象

有些时候呢，我们可能也需要反射去获取对象中属性的值，比如说在导出 Excel 的时候，我们只知道列所对应属性的字段名称，然后我们需要通过反射获取它的值，然后把它写到 Excel 中。那么这节内容就一起来看下如何利用 Java 的反射机制来分析对象。

User user = new User(1,"itweknow");
Class cl = user.getClass();
Field userName = cl.getDeclaredField("userName");
Object value = userName.get(user);

就像上面的代码一样，我们可以使用 Field 类中提供的 get(Object obj) 方法来获取属性的值，对于基础类型还提供了特定的 get 方法，比如 getDouble()。但是如果上面的userName 是个私有属性的话，get()方法肯定会抛出 IllegalAccessException 的异常。这是时候我们需要使用 setAccessible() 方法覆盖安全管理器的访问控制。

User user = new User(1,"itweknow");
Class cl = user.getClass();
Field userName = cl.getDeclaredField("userName");
userName.setAccessible(true);
Object value = userName.get(user);

setAccessible()方法在 Field、Method、Constructor 类中都有提供。与 get() 方法呼应，Field还提供了 set() 方法用来给属性设置值。

利用反射调用任何方法

在 Method 类中提供了 invoke() 方法来调用，当前 Method 对象所包装的方法。invoke()方法的定义如下：

Object invoke(Object obj, Object... args)

第一个参数是调用这个方法的对象，第二个参数是该方法的参数，是一个数组的形式。下面我们就来看下如何利用反射来调用 User 类中的 sayHello() 方法吧。

Method sayHelloMethod = cl.getDeclaredMethod("sayHello", String.class);
sayHelloMethod.setAccessible(true);
sayHelloMethod.invoke(user, "Reflect");

看上面的代码我们通过 getDeclaredMethod() 方法来获取了一个名为 sayHello 的私有方法（PS: 如果是公有方法的话直接使用 getMethod() 方法就可以了），同样对于私有方法，我们需要修改它的访问控制才能顺利调用。

API 整理

上面的章节中提到了不少 Java 反射机制中提供的 Api，下面是我整理的一些常用的反射 Api，大家可以参考一下。

1.Class 类

Api	描述
forName()	返回指定类名的 Class 对象
newInstance()	返回一个这个类的新实例
getFields()	返回这个类所有的公有属性
getDeclaredField()	返回这个类所有的属性（包含公有、私有、受保护）
getMethods()	返回这个类下所有的共有方法
getDeclaredMethods()	返回这个类所有的方法（包含公有、私有、受保护）
getConstructors()	返回这个类所有公有的构造器
getDeclaredConstructors()	返回这个类所有的构造器（包含公有、私有、受保护）
getField() & getDeclaredField()	返回这个类中指定名称的属性
getMethod() & getDeclaredMethod()	返回指定名称和参数的方法
cl.getConstructor() & cl.getDeclaredConstructor()	获取指定参数的构造器

2.Field 类

Api	描述
getModifiers()	返回一个用于描述属性的修饰符的整型数值。使用 Modifier 类中的 toString() 方法将其转为字符串。
getName()	返冋一个用于描述属性名的字符串。

3.Method 类

Api	描述
getModifiers()	返回一个用于描述方法的修饰符的整型数值。使用 Modifier 类中的 toString() 方法将其转为字符串。
getName()	返冋一个用于描述方法名的字符串。
getParameterTypes()	返回一个用于描述参数类型的 Class 对象数组。
getReturnType()	返回一个用于描述返 H 类型的 Class 对象。
invoke()	调用这个对象所描述的方法，传递给定参数，并返回方法的返回值。

4.Constructor 类

Api	描述
getModifiers()	返回一个用于描述构造器的修饰符的整型数值。使用 Modifier 类中的 toString() 方法将其转为字符串。
getName()	返冋一个用于描述构造器名的字符串。
getParameterTypes()	返回一个用于描述参数类型的 Class 对象数组。

5.AccessibleObject 类

Api	描述
setAccessible(boolean flag)	为反射对象设置可访问标志。flag 为 true 表明屏蔽 Java 语言的访问检查，使得对象的私有属性也可以被査询和设置。
isAccessible()	返回反射对象的可访问标志的值。

结束语

这篇文章主要和大家一起了解了一下 Java 的反射机制，以及在反射包下 Field、Method、Constructor 三个类所提供的 api。在 利用反射分析类 小节中，我提到了使用反射打印类的完整信息，具体的实现代码点击这里获取。希望这篇文章能够对大家有所帮助。最后，如果你喜欢这篇文章的话欢迎在 Github 源码项目点个 Star。

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