Java 反射机制深度解析：从对象创建到私有成员操作

梵得儿SHI2025-10-19 9:28

前言：什么是反射？为什么需要它？

你是否好奇过：Spring 框架如何根据配置文件自动创建对象？ORM 框架如何直接操作类的私有属性？这些 "黑科技" 的底层核心，正是 Java 的反射机制。

简单来说，反射就是程序在运行时可以 "看透" 类的内部结构（包括属性、方法、构造器等），并动态操作这些结构的能力。就像给程序装上了 "透视眼"，即使编译时不知道类的具体信息，运行时也能灵活操控。

一、反射的基石：Class 对象

要使用反射，必须先获取目标类的Class对象 ------ 它是反射的 "入口"，包含了类的所有元信息（属性、方法、构造器等）。

获取 Class 对象的 3 种方式

  1. 对象.getClass ()：通过实例获取（已创建对象时使用）
  2. 类名.class：通过类名直接获取（编译时已知类）
  3. Class.forName ("全类名")：通过类的全路径获取（最常用，动态加载类

这三种方式获取的是同一个Class对象（每个类在 JVM 中只有一个 Class 实例）。

直观理解 Class 对象的作用

下面的图展示了 Class 对象作为 "类元信息载体" 的核心作用：

从图中可以清晰看到：Class 对象就像类的 "说明书"，反射通过这份说明书，就能操作原本不可见的类成员。

二、反射应用一：动态创建对象

反射创建对象有两种方式：通过无参构造器和通过有参构造器。

1. 通过无参构造器创建对象

步骤：

  1. 获取 Class 对象
  2. 调用newInstance()方法（JDK9 + 推荐用getDeclaredConstructor().newInstance()）

2. 通过有参构造器创建对象

步骤：

  1. 获取 Class 对象
  2. 通过getDeclaredConstructor(参数类型...)获取指定构造器
  3. 调用构造器的newInstance(参数值...)创建对象
java 复制代码 
public class ReflectionDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> userClass = Class.forName("com.example.reflection.User");
        
        // 获取有参构造器（参数为String和int）
        Constructor<?> constructor = userClass.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        
        // 创建对象（传入参数）
        User user = (User) constructor.newInstance("张三", 20);
        System.out.println(user); // 输出：User{name='张三', age=20}
    }
}

对象创建流程可视化

三、反射应用二：调用方法（含私有方法）

反射可以调用类的任意方法，包括私有方法。核心是通过Method类操作。

1. 调用公有方法

步骤：

  1. 获取 Class 对象和实例
  2. 通过getMethod(方法名, 参数类型...)获取公有方法
  3. 调用method.invoke(实例, 参数值...)执行方法
java 复制代码 
class User {
    // 公有方法
    public void publicMethod(String msg) {
        System.out.println("公有方法：" + msg);
    }
    
    // 私有方法
    private void privateMethod(int num) {
        System.out.println("私有方法：数字=" + num);
    }
}

public class ReflectionDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> userClass = User.class;
        User user = (User) userClass.newInstance();
        
        // 调用公有方法
        Method publicMethod = userClass.getMethod("publicMethod", String.class);
        publicMethod.invoke(user, "Hello 反射"); // 输出：公有方法：Hello 反射
    }
}

2. 调用私有方法

私有方法需要额外一步：通过setAccessible(true)绕过访问权限检查（核心操作！）

java 复制代码 
public class ReflectionDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> userClass = User.class;
        User user = (User) userClass.newInstance();
        
        // 调用私有方法
        Method privateMethod = userClass.getDeclaredMethod("privateMethod", int.class);
        // 关键：设置可访问（绕过权限检查）
        privateMethod.setAccessible(true);
        privateMethod.invoke(user, 666); // 输出：私有方法：数字=666
    }
}

私有方法调用的核心逻辑

为什么setAccessible(true)能访问私有方法？看下图的解析：

简单说：setAccessible(true)会关闭 Java 的访问权限检查，让反射可以直接操作私有成员（但会破坏封装性，需谨慎使用）。

四、反射应用三：修改属性（含私有属性）

修改属性的逻辑和调用方法类似，核心是Field类，私有属性同样需要setAccessible(true)。

1. 修改公有属性

java 复制代码 
class User {
    public String publicField; // 公有属性
    private int privateField;  // 私有属性
}

public class ReflectionDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> userClass = User.class;
        User user = (User) userClass.newInstance();
        
        // 修改公有属性
        Field publicField = userClass.getField("publicField");
        publicField.set(user, "公有属性值");
        System.out.println(user.publicField); // 输出：公有属性值
    }
}

2. 修改私有属性

java 复制代码 
public class ReflectionDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> userClass = User.class;
        User user = (User) userClass.newInstance();
        
        // 修改私有属性
        Field privateField = userClass.getDeclaredField("privateField");
        privateField.setAccessible(true); // 关键：允许访问私有属性
        privateField.set(user, 100); // 设置值
        
        // 读取私有属性值
        int value = (int) privateField.get(user);
        System.out.println(value); // 输出：100
    }
}

私有属性修改流程

五、反射的利弊与注意事项

优点

  1. 灵活性高：动态操作类，适合框架开发（如 Spring、MyBatis）
  2. 解耦：不依赖编译时类信息，降低代码耦合度
  3. 扩展性强：可通过配置文件动态加载类，无需修改代码

缺点

  1. 性能开销：反射操作绕开了编译期检查，性能比直接调用低（约慢 10-100 倍）
  2. 破坏封装：直接操作私有成员，违反面向对象设计原则
  3. 安全性风险：可能被恶意利用（如绕过权限检查攻击）
  4. 代码可读性差：反射代码较繁琐，不如直接调用直观

注意事项

  • 非必要不使用反射（优先直接调用）
  • 反射操作需处理大量异常（NoSuchMethodException、IllegalAccessException等）
  • 对性能敏感的场景（如高频调用）避免使用反射
  • 私有成员操作需谨慎，确保符合业务逻辑

总结：反射的价值与应用场景

反射是 Java 中 "动态性" 的核心体现，虽然有性能和封装性的代价，但在框架开发、动态代理、序列化等场景中不可替代：

  • 框架开发：Spring IOC 容器通过反射创建 Bean，MyBatis 通过反射映射数据库字段
  • 动态代理：AOP 的实现基础（如 Spring AOP）
  • 序列化 / 反序列化：JSON 框架（如 Jackson）通过反射读写对象属性
  • 注解处理 ：通过反射解析类 / 方法上的注解（如 JUnit 的@Test）

掌握反射，能让你看透 Java 框架的底层逻辑，写出更灵活、更具扩展性的代码。但记住：反射是把 "双刃剑"，合理使用才能发挥其最大价值。

最后 ：反射的核心是 "运行时获取类信息并操作"，关键 API 是Class、Constructor、Method、Field，而setAccessible(true)是操作私有成员的 "钥匙"。多动手实践，才能真正理解反射的精髓！

原创声明：本文为CSDN博主梵得儿SHI原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。

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