簡介針對Java面試中高頻的反射機制專題這份PDF整理匯總了11道經(jīng)典面試題及解答適合正在準備Java后端崗位面試、希望系統(tǒng)梳理反射知識點的開發(fā)者閱讀。內(nèi)容涵蓋new與反射創(chuàng)建對象的效率差異、反射在JDBC/Hibernate/Spring等框架中的應(yīng)用、獲取Class對象的4種方式、Field/Method/Constructor等反射類用途以及反射優(yōu)缺點與setAccessible(true)、緩存、字節(jié)碼工具等優(yōu)化方案并包含用Class和Constructor的newInstance方法創(chuàng)建實例的步驟示例。每個題目均給出簡明答案部分輔以關(guān)鍵代碼便于理解記憶和考前快速回顧。資源為獨立PDF文件共1個文件壓縮包約569KB已有228人學(xué)習(xí)適合作為Java面試突擊清單之一。1. Java反射是什么給類照一次“X光”拿到它的完整體檢報告Java反射Reflection可能是Java里最容易被當(dāng)成“玄學(xué)”的特性之一。初學(xué)者常在框架源碼里看到它卻又說不清它到底做了什么。一句話先給個定義反射就是程序在運行時動態(tài)地獲取某個類的所有信息屬性、方法、構(gòu)造器并操作它們的能力。打個比方new一個對象像是按圖紙直接造零件而反射像是先給類拍一整套X光片拿到體檢報告后再根據(jù)報告現(xiàn)場決定怎么操作它。這份“體檢報告”就是Class對象。搞懂反射不只是為了應(yīng)付面試題更是理解框架、連接數(shù)據(jù)庫、寫工具類的前提。這篇就把它的原理、用途和容易混淆的坑一次講清楚。2. 為什么需要反射總有些類編譯期根本不知道它的名字2.1 new 的局限代碼寫死 vs 運行期才知道平時寫代碼創(chuàng)建一個對象最常見的方式就是 new。new 的寫法很直接但它有一個隱含的約束編譯的時候類名必須是確定的。UserService userService new UserService();這一行代碼在編譯階段編譯器就要能找到 UserService 這個類。如果類名寫錯了編譯直接報錯。這在大多數(shù)業(yè)務(wù)代碼里沒問題因為你需要哪個類通常是早就定好的。但有一類場景 new 就無能為力了你寫代碼的時候根本不知道運行時具體要用哪個類類名字符串要到程序跑起來那一瞬間才出現(xiàn)。典型例子是加載數(shù)據(jù)庫驅(qū)動。早期 JDBC 連接數(shù)據(jù)庫時常見的寫法是這樣Class.forName(com.mysql.cj.jdbc.Driver);這段代碼里的驅(qū)動類名是一個字符串存在配置文件里運行時才拼接出來。如果只靠 new你必須在代碼里硬編碼某一個數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動類換數(shù)據(jù)庫就得改源碼重新編譯。而用反射只要傳入不同的類名就能動態(tài)加載不同的驅(qū)動。這背后依賴的正式反射機制的第一個能力給定一個類名字符串在運行時找到并加載這個類。2.2 獲取 Class 對象的四種方式反射的“入口”就靠它要用反射第一步永遠是拿到某個類的 Class 對象。什么是 Class 對象通俗地說它記錄了這個類本身的全部“元信息”類名叫什么、有哪些字段、有哪些方法、構(gòu)造器長什么樣。拿到 Class 對象就是拿到了反射操作的總?cè)肟凇＋@取 Class 對象有四種方式區(qū)別和使用場景見下表獲取方式寫法適用場景注意點Class.forName(全限定名)Class.forName(com.example.User)類名字符串來自配置文件或用戶輸入運行時才知道是哪個類需要手寫完整包名類名拼錯會抱運行時異常類名.classUser.class編譯期就知道要操作哪個類最直接不會觸發(fā)類的初始化效率高寫錯編譯期就報錯對象名.getClass()user.getClass()已經(jīng)有一個實例想知道它的實際類型只能在有對象實例后用多用于判斷對象的真實運行時類型基本類型包裝類的 TYPEInteger.TYPE獲取 int、double 這類基本類型對應(yīng)的 Class只能用來表示基本類型不能用它獲取實例四種方式拿到的是同一個東西也就是同一個 Class 對象。同一個類在同一個類加載器下它的 Class 對象只會有一個。正因為如此比較兩個對象是不是同一個類型時可以借助 Class 對象來判斷。// 判斷兩個對象是不是同一個類型 boolean isSameType obj1.getClass() obj2.getClass();2.3 Class 對象里到底裝了什么一個類的“元數(shù)據(jù)快照”Class 對象不是類的實例而是類的“戶口本”。它裝的是關(guān)于這個類本身的描述這類信息在計算機里叫元數(shù)據(jù)metadata。打個比方一個 User 類可以創(chuàng)建出成千上萬個 User 實例每個實例有自己的姓名、年齡而 User 的 Class 對象只有一份它記錄的是“User 這個類有哪些字段、哪些方法、構(gòu)造器是什么樣的”。反射能拿到哪些信息完全取決于 Class 對象里存了什么。一個典型的 Class 對象里包括類名、包名、父類、實現(xiàn)的接口、聲明的字段Field、構(gòu)造器Constructor、方法Method、注解等信息。后面要講的 Field、Method、Constructor 這三個類本質(zhì)上都是對 Class 對象中某類元數(shù)據(jù)的封裝。值得注意的一點Class 對象對應(yīng)的是類本身它沒有“當(dāng)前屬性值”的概念。你不能問 Class 對象“這個 User 的年齡是多少”因為“年齡”是實例的私有數(shù)據(jù)Class 里只存著“有沒有 age 這個字段、它是 int 類型”這樣的結(jié)構(gòu)信息。想要讀某個具體對象的字段值必須同時持有 Class 對象和該實例后面的章節(jié)會展開講。3. 反射的三大操作創(chuàng)建對象、調(diào)用方法、讀寫字段3.1 創(chuàng)建對象無參和有參構(gòu)造器兩條路反射最常用的操作之一是在運行時創(chuàng)建對象。拿到 Class 對象后有兩種常見的創(chuàng)建方式。// 獲取 Class 對象 Class? clazz Class.forName(com.example.User); // 方式一調(diào)用無參構(gòu)造器 User user1 (User) clazz.newInstance();方式一代碼量最少但有一個硬性限制目標類必須有一個公開的無參構(gòu)造器。如果類里只有有參構(gòu)造器newInstance()會直接拋異常。而且在新版 JDK 中這個方法已被標記為過時官方更推薦先獲取 Construct 對象再創(chuàng)建實例。// 方式二獲取指定構(gòu)造器再創(chuàng)建對象 ConstructorUser constructor clazz.getDeclaredConstructor(String.class, String.class, int.class); User user2 constructor.newInstance(小李, 男, 20);方式二看起來代碼多但它解決了一個關(guān)鍵問題可以通過參數(shù)類型精確定位某個構(gòu)造器然后傳入對應(yīng)實參完成創(chuàng)建。注意getDeclaredConstructor的參數(shù)列表是 Class 類型的數(shù)組必須和構(gòu)造器聲明的參數(shù)類型嚴格匹配。這里踩坑的人很多構(gòu)造器接收的是Integer類型你傳int.class運行時會匹配不上拋NoSuchMethodException。3.2 調(diào)用方法拿到 Method再點“播放鍵”反射不只能創(chuàng)建對象還能調(diào)用任意方法包括私有方法。核心思路是通過 Class 對象找到目標方法的 Method 對象然后調(diào)用 Method 的invoke方法。Class? clazz Class.forName(com.example.User); Object user clazz.getDeclaredConstructor().newInstance(); // 拿到名為 sayHello、參數(shù)是 String 的方法 Method method clazz.getDeclaredMethod(sayHello, String.class); // 關(guān)閉訪問檢查允許調(diào)用私有方法 method.setAccessible(true); // invoke 的第一個參數(shù)是“誰來執(zhí)行這個方法”后面是方法實參 Object result method.invoke(user, 反射);這段代碼里有個細節(jié)值得記住invoke的第一參數(shù)必須是該類的實例因為實例方法要有一個“調(diào)用者”。如果調(diào)用的是靜態(tài)方法這個位置傳null即可。getDeclaredMethod的第二個參數(shù)是可變長表示方法簽名里的參數(shù)類型列表順序不能亂。方法有重載時正是靠這個參數(shù)列表來區(qū)分到底找哪一個。3.3 讀寫字段Field 能改 privatesetAccessible 是關(guān)鍵反射還能直接讀和改對象的字段值包括那些用private修飾的私有字段。這在寫通用框架時特別有用比如通用的對象序列化、表單對象賦值的工具類都能靠 Field 操作字段。Class? clazz Class.forName(com.example.User); Object user clazz.getDeclaredConstructor().newInstance(); // 獲取名為 age 的字段 Field ageField clazz.getDeclaredField(age); // 因為 age 是 private默認沒有訪問權(quán)限必須調(diào)用 setAccessible(true) ageField.setAccessible(true); // 讀取字段值get 返回 Object需要強轉(zhuǎn) int age (int) ageField.get(user); // 修改字段值 ageField.set(user, 30);setAccessible(true)是這里的關(guān)鍵。它做的是關(guān)閉 Java 語言的訪問權(quán)限檢查。注意這個方法不是 Field 獨有的Method 和 Constructor 也都繼承自公共的AccessibleObject父類所以說“關(guān)閉安全檢查”這件事在訪問字段、調(diào)用方法、創(chuàng)建對象時是通用的。使用它等于告訴虛擬器我知道這個成員是私有的但我仍然要操作它請你跳過權(quán)限校驗。3.4 四個核心反射類的分工一張表看懂講了三個操作背后的主角始終是四個類。它們的分工非常清晰反射類名字含義對應(yīng)操作典型方法Class類的元數(shù)據(jù)快照反射的總?cè)肟讷@取類的一切信息forName、newInstance、getDeclaredMethodsField字段描述讀取和修改字段值get、set、setAccessibleMethod方法描述調(diào)用目標方法invoke、setAccessibleConstructor構(gòu)造器描述按指定參數(shù)創(chuàng)建實例newInstance一句話記住它們的關(guān)系Class 是藍圖Field、Method、Constructor 是藍圖上的三塊局部圖。拿到 Class 以后想要哪塊局部圖就調(diào)用對應(yīng)的方法去取。下面這段代碼展示了一次取全的過程Class? clazz Class.forName(com.example.User); // 獲取聲明的所有方法包括私有返回一個數(shù)組 Method[] methods clazz.getDeclaredMethods(); for (Method m : methods) { System.out.println(m.toString()); } // 獲取聲明的所有字段 Field[] fields clazz.getDeclaredFields(); for (Field f : fields) { System.out.println(f.toString()); } // 獲取聲明的所有構(gòu)造器 Constructor?[] constructors clazz.getDeclaredConstructors(); for (Constructor? c : constructors) { System.out.println(c.toString()); }4. 反射的易混概念和常見誤區(qū)5個坑踩過的人不少4.1 誤區(qū)一反射創(chuàng)建對象等于 new效率完全不是一回事有人覺得反射就是“另一種寫法的 new”沒太大區(qū)別。其實兩者的區(qū)別在深入使用時特別明顯。為什么混從效果上看clazz.newInstance()和new User()都返回了一個 User 對象表面結(jié)果一樣。怎么區(qū)分new 在編譯期就能確定類型字節(jié)碼里直接就有創(chuàng)建指令JVM 執(zhí)行起來路徑最短。反射則是在運行時先要通過字符串查找和加載類再解析類結(jié)構(gòu)每一步都要做額外的臨時對象和方法調(diào)用。整個過程繁瑣不少所以性能天然比 new 低。官方資料和大量血淚經(jīng)驗都表明熱點路徑上頻繁用反射性能會明顯退化。后面會說怎么做優(yōu)化但即使優(yōu)化過也不如直接 new 快。4.2 誤區(qū)二getMethods 能拿到私有方法別想太多有人順手用getMethods()來拿類的全部方法然后發(fā)現(xiàn)私有方法不見了以為是反射失效了。為什么混兩個名字看起來很像都是“取方法”容易混用。怎么區(qū)分getMethods()返回的是類的所有 public 方法包括從父類繼承來的 public 方法getDeclaredMethods()返回的是當(dāng)前這個類自己聲明的所有方法不管 public 還是 private但不會包含繼承來的方法。字段同理getFields()只能拿 public 字段而getDeclaredFields()能拿本類聲明的私有字段。想拿到本類私有方法必須用帶Declared的那個版本。方法名包含本類私有成員包含繼承來的 public 成員適用場景getMethods() / getFields()否是只關(guān)心對外暴露的公共成員getDeclaredMethods() / getDeclaredFields()是否想全量查看本類的所有成員包括私有4.3 誤區(qū)三Class 對象就是實例兩個完全不同的東西Class 對象和類的實例對象是兩種東西但初學(xué)者很容易搞混。為什么混user.getClass()這個方法是從對象上調(diào)用的返回的又像是“和 user 有關(guān)的東西”容易把它和 user 本身攪在一起。怎么區(qū)分對象是類的“作品”有實際的數(shù)據(jù)比如 user.getName() 能返回“小明”。Class 對象是類的“說明書”它回答的是“User 類有什么成員”而不是“這個 User 叫什么名字”。還有個重要的驗證方式同一個類只會有一個 Class 對象但可以有很多個實例。user1.getClass() user2.getClass()返回 true但user1 user2幾乎永遠是 false除非兩者是同一個對象。4.4 誤區(qū)四forName 和 類名.class 沒區(qū)別觸發(fā)時機不一樣獲取 Class 對象有四種方式很多人覺得殊途同歸隨便用就行。為什么混結(jié)果看起來都一樣——都得到了同一個 Class 對象于是被認為完全等價。怎么區(qū)分Class.forName(完整類名)傳入的是字符串它會在運行時主動查找并加載類加載過程中執(zhí)行類的靜態(tài)初始化塊也就是 static {} 里的代碼。而類名.class是編譯期就能確定的一個字面量它拿到 Class 對象時不會主動觸發(fā)類的初始化邏輯。換句話說一個“動手加載”一個“被動引用”。這就是為什么加載數(shù)據(jù)庫驅(qū)動時用 forName 更合適有些驅(qū)動的靜態(tài)注冊邏輯寫在靜態(tài)代碼塊里必須靠 forName 觸發(fā)而反射某些類只是為了取方法用類名.class會更輕量。4.5 誤區(qū)五反射“不安全” 漏洞是封裝邊界被繞過了反射可以獲取私有字段和私有方法于是有人擔(dān)心它是不是一個安全漏洞。為什么混字面上看“能訪問私有成員”和“不安全”確實像一回事。怎么區(qū)分二者層次不同。反射的“不安全”準確說是破壞了封裝性——類的作者用 private 聲明“這個成員不對外公開”反射可以強行繞過這些限制訪問它。但這本身不是一種系統(tǒng)入侵行為而是 JVM 在運行時提供的能力。真正該擔(dān)心的混淆是如果你把反射的入口暴露給不可信用戶對方確實可能利用它做更多操作。所以安全的做法是內(nèi)部工具類可以用反射提升靈活性但對外部輸入不做校驗就拼進類名字符串沖動調(diào)用才是危險點。封裝性和靈活性之間的權(quán)衡是每個反射使用者要自己把握的。5. 反射的性能與安全慢在哪怎么補救破壞封裝怎么理解5.1 反射為什么慢一次調(diào)用背后有三層檢查都知道反射慢但具體慢在哪看一個方法調(diào)用過程就知道Method method clazz.getDeclaredMethod(sayHello, String.class); method.setAccessible(true); method.invoke(user, 反射);第一層慢在查找getDeclaredMethod需要掃描類的方法列表按名字和參數(shù)類型做匹配這是一個遍歷比較的過程。第二層慢在權(quán)限如果方法不是 publicinvoke 還會做訪問檢查。第三層慢在包裝invoke 接收的是 Object 類型的參數(shù)和返回值所以基本類型會被自動裝箱成包裝類比如 int 變成 Integer多出對象的創(chuàng)建和拆裝開銷。這三層疊在一起反射調(diào)用的耗時自然比直接方法調(diào)用高出不少。5.2 提速三板斧setAccessible、緩存、字節(jié)碼生成反射慢不代表不能用關(guān)鍵是有沒有做優(yōu)化。最常用的是三招。第一招顯式調(diào)用setAccessible(true)。原理上面說過它跳過訪問權(quán)限檢查省掉那一道校驗。第二招把反射找到的 Method、Field 對象緩存下來。因為“查找方法”這一步最費時間而同一個方法在一個類里只會有一份元數(shù)據(jù)拿到一次后存到 Map 里下次直接復(fù)用。// 用一個 Map 緩存 Method 對象避免每次反射都重新查找 private static final MapString, Method METHOD_CACHE new ConcurrentHashMap(); public static Object invokeCached(Object target, String methodName, Object... args) throws Exception { String key target.getClass().getName() # methodName; Method method METHOD_CACHE.get(key); if (method null) { method target.getClass().getDeclaredMethod(methodName); method.setAccessible(true); METHOD_CACHE.put(key, method); } return method.invoke(target, args); }緩存的效果立竿見影第一次反射時做掃描和解析之后每次調(diào)用直接使用已有的 Method 句柄省掉了最貴的查找過程。第三招更高級引入字節(jié)碼生成工具。這類工具直接生成字節(jié)碼來模擬方法調(diào)用相當(dāng)于把反射的運行時分流變成了編譯期生成的直接調(diào)用速度比普通反射快一個量級。很多高性能框架底層就是這么做的適合真正需要極致熱點的場景。5.3 反射與“破壞封裝”是繞過不是攻擊反射能訪問私有成員這一點常常讓人心里沒底。需要理清一個概念封裝性是代碼設(shè)計層面的約定不是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層面的防御。private 修飾符的作用是讓調(diào)用者在 IDE 里、在編譯期一眼看出“這個成員不該從外面碰”。反射的setAccessible(true)可以在運行時越過這層約定但它遵守的是 JVM 的運行時權(quán)限規(guī)則。反射沒有把數(shù)據(jù)加密層破壞掉也不是通過網(wǎng)絡(luò)入侵代碼內(nèi)存它繞開的只是語言層面的可訪問性約束。所以合理的態(tài)度是這樣的日常業(yè)務(wù)代碼里隨手給私有方法加一個反射調(diào)用是不推薦的做法因為代碼可讀性被操作了維護的人看完會一頭霧水。但在框架工具類里用反射去操作私有構(gòu)造器、執(zhí)行 setAccessible反而是常見且合理的技術(shù)選擇。判斷標準從來不是“能不能”而是“該不該、有沒有更清晰的辦法”。6. 什么時候該用反射什么時候別碰一條簡單的判斷線6.1 典型該用反射的場景框架類代碼是最典型的使用場景。ORM 框架需要把數(shù)據(jù)庫查出來的行映射成對象往往在運行時才知道實體類有哪些字段用 Field 批量賦值就非常自然。注解處理器也依賴反射在運行時掃描類上的注解再根據(jù)注解值去做對應(yīng)的邏輯。動態(tài)代理、依賴注入容器、配置文件驅(qū)動的擴展點加載基本都是靠反射實現(xiàn)的?？偨Y(jié)一條判斷線代碼里是否“在寫代碼時無法確定類型只能靠運行時的字符串或配置來決定操作目標”。是就該用反射。6.2 典型不該用反射的場景下面幾種情況大概率是誤用了反射。每天執(zhí)行上千次的業(yè)務(wù)循環(huán)里反射調(diào)用帶來的額外開銷會被放大如果只是為了省幾行代碼不值得。已有清晰的接口和繼承關(guān)系可以表達邏輯時不要用反射繞開接口。需要追求代碼可讀性的核心業(yè)務(wù)邏輯也盡量避免反射因為反射調(diào)用在 IDE 里無法跳轉(zhuǎn)代碼搜索也不友好后續(xù)維護成本高。記住口訣能用接口表達的不用反射能用靜態(tài)類型表達的不做動態(tài)發(fā)現(xiàn)。6.3 一個具體例子迷你通用方法調(diào)用工具假設(shè)你在寫一個框架接收外部配置的方法名調(diào)用任意對象的方法這個時候反射就非常合適。public static Object callByName(Object target, String methodName, Object... args) throws Exception { Class? clazz target.getClass(); // 根據(jù)參數(shù)運行時類型拼出方法的參數(shù)類型列表 Class?[] typeList new Class?[args.length]; for (int i 0; i args.length; i) { typeList[i] args[i].getClass(); } Method method clazz.getDeclaredMethod(methodName, typeList); method.setAccessible(true); return method.invoke(target, args); }如果外部調(diào)用者的方法簽名固定、參數(shù)類型明確這個工具完全夠用。但如果參數(shù)里有基本類型或接口實現(xiàn)類args[i].getClass()的類型可能和聲明的參數(shù)類型不完全一致那時需要額外的類型匹配邏輯。這也是反射最常見的翻車點類型對不上運行時才發(fā)現(xiàn)錯誤。同樣的功能如果改成在編譯期能確定對象的類型和方法名優(yōu)先直接調(diào)用。這個迷你工具只在真正“運行時才知道調(diào)用哪個方法”的場景里才有意義。從那以后我每次在項目里寫反射相關(guān)工具類都會強制自己先走一遍那三問這真的需要運行時才知道類名嗎這個調(diào)用路徑熱嗎有沒有不用反射就能表達的寫法三問都通過才敢動手。希望這次的講解能幫到你。本文還有配套的精品資源點擊獲取