Java 反射用法和8道练习题

一、什么是反射
二、反射的核心接口和类
三、测试代码 Bean 类和目录结构
- Person 类
- 代码目录结构
四、获取 Class 对象
五、获取构造方法 Constructor 并使用
六、获取成员变量 Field 并使用
七、获取成员方法 Method 并使用
八、练习
- 1. 使用反射获取String类的所有公有方法，并把方法名打印出来。
- 2. 使用反射创建一个对象，并调用其无参构造方法。
- 3. 使用反射修改一个对象的私有字段值。
- 4. 使用反射获取一个ArrayList的所有父类（包括间接父类）。
- 5. 使用反射调用一个类的静态方法。
- 6. 使用反射获取某个类的所有公有成员变量，并打印出每个成员变量的名称和类型。
- 7. 使用反射获取某个类的所有成员方法，并打印出每个方法变量的名称和返回值类型。
- 8. 使用反射调用一个对象的公有方法，并传递参数。

一、什么是反射

解释一：

Java 反射机制是在运行状态中，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属性和方法。这种动态获取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。

解释二：
Java 反射是指在运行时动态检查和操作类的能力。通过反射，（对于一个对象）程序可以在运行时获取关于类、方法、属性、构造函数等的详细信息，并且可以动态地创建对象、调用方法以及访问和修改字段。反射提供了一种灵活的机制，使得程序可以在编译时不知道确切类型的情况下操作这些类型。

二、反射的核心接口和类

Java 反射主要涉及以下几个核心类和接口，它们位于包 java.lang.reflect中：

Class：每个类和接口在 JVM 中都表示为一个 Class 对象。通过 Class 对象，程序可以获取类的全限定名、实现的接口、父类、构造函数、方法、字段等信息。
Constructor：表示类的构造函数。通过 Constructor 对象，程序可以创建类的新实例。
Field：表示类的属性。通过 Field 对象，程序可以获取或修改属性的值。
Method：表示类的方法。通过 Method 对象，程序可以调用方法。

三、测试代码 Bean 类和目录结构

Person 类

该Person类有name和age属性，无参构造方法、有参构造方法、getter、setter、toString以及自定义的sayHello和sayGoodbye方法。

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

    public Person() {
        this.name = "unknown";
        this.age = 0;
    }

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

	// 省略getter()和setter()

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

	// public类型
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello, my name is " + this.name);
    }

	// private类型
    private void sayGoodbye() {
        System.out.println("Goodbye, my name is " + this.name);
    }

}

代码目录结构

在这里插入图片描述

四、获取 Class 对象

Class 对象包含了类的结构信息，是反射的入口点。获取 Class 对象有三种方法，如下所示：

1. 类.class
2. 对象.getClass()
3. Class.forName()

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        // 方式1: 类.class语法
        Class<?> cls1 = Person.class;
        System.out.println(cls1);               // class Person
        System.out.println(cls1.getName());     // Person

        // 方式2: 对象.getClass()
        Class cls2 = new Person().getClass();
        System.out.println(cls2.getName());     // Person

        // 方式3: 使用静态方法Class.forName()，需要捕获ClassNotFoundException
        try {
            Class<?> cls3 = Class.forName("Person");
            System.out.println(cls3.getName()); // Person
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

五、获取构造方法 Constructor 并使用

cls.getDeclaredConstructor()获取 Class 对象的所有构造方法
cls.getConstructor()获取 Class 对象的公有构造方法
constructor.newInstance()使用 Class 构造方法创建对象

import java.lang.reflect.Constructor;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 获取Person类的Class对象
            Class cls = Class.forName("Person");
            // Class personClass = Person.class;
            // Class personClass = new Person().getClass();

            // 获取无参构造方法
            Constructor<?> noArgsConstructor = cls.getConstructor();
            // 创建对象
            Object person1 = noArgsConstructor.newInstance();
            // 重写了Person的toString方法直接打印即可
            System.out.println(person1); // Person{name='unknown', age=0}

            // 获取带参数的构造方法
            Constructor<?> paramArgsConstructor = cls.getConstructor(String.class, int.class);
            // 创建对象，并传递参数
            Object person2 = paramArgsConstructor.newInstance("Alice", 30);
            System.out.println(person2); // Person{name='Alice', age=30}

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

六、获取成员变量 Field 并使用

cls.getDeclaredField(name)获取 Class 对象的所有成员变量
cls.getField(name)获取 Class 对象的所有公有成员变量
field.setAccessible(true)设置 Class 对象的属性值可访问
field.get()获取 Class 对象的属性值
field.set()设置 Class 对象的属性值

import java.lang.reflect.Field;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 获取Person类的Class对象
            Class cls = Class.forName("Person");
            // Class personClass = Person.class;
            // Class personClass = new Person().getClass();

            // 创建Person对象
            Person person = new Person("Alice",30);

            // 获取name字段
            Field nameField = cls.getDeclaredField("name");
            // 设置可访问性，因为name是私有的
            nameField.setAccessible(true);
            // 获取name字段的值
            String name = (String) nameField.get(person);
            System.out.println("Name: " + name);        // Name: Alice

            // 获取age字段
            Field ageField = cls.getDeclaredField("age");
            // 设置可访问性，因为age是私有的
            ageField.setAccessible(true);
            // 获取age字段的值
            int age = ageField.getInt(person);
            System.out.println("Age: " + age);          // Age: 30

            // 修改age字段的值
            ageField.setInt(person, 31);
            // 再次获取age字段的值，验证修改是否成功
            age = ageField.getInt(person);
            System.out.println("Updated Age: " + age);  // Updated Age: 31

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

七、获取成员方法 Method 并使用

cls.getDeclaredMethod(name)获取 Class 对象的所有成员方法
cls.getMethod(name)获取 Class 对象的公有成员方法
method.setAccessible(true)设置 Class 对象的方法可访问
method.invoke()调用 Class 对象的成员方法

import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 获取Person类的Class对象
            Class<?> cls = Class.forName("Person");

            // 创建Person对象
            Person person = (Person) cls
                    .getDeclaredConstructor(String.class, int.class)
                    .newInstance("Alice", 30);
            //或 Person person =new Person("Alice", 30);

            // 获取sayHello方法
            Method sayHelloMethod = cls.getMethod("sayHello");
            // 调用sayHello方法
            sayHelloMethod.invoke(person);

            // 获取sayGoodbye方法
            Method sayGoodbyeMethod = cls.getDeclaredMethod("sayGoodbye");
            // 设置可访问性，因为sayGoodbye是私有的
            sayGoodbyeMethod.setAccessible(true);
            // 调用sayGoodbye方法
            sayGoodbyeMethod.invoke(person);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

八、练习

1. 使用反射获取String类的所有公有方法，并把方法名打印出来。

import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Class<String> cls = String.class;
        Method[] methods = cls.getMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method.getName());
        }
    }
}

2. 使用反射创建一个对象，并调用其无参构造方法。

import java.lang.reflect.Constructor;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Class<String> cls = String.class;
        try {
            Constructor<String> constructor = cls.getConstructor(String.class);
            // 指定了String就可以不用Object
            String s = constructor.newInstance("Hello world!");
            System.out.println(s);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. 使用反射修改一个对象的私有字段值。

import java.lang.reflect.Field;

class Employee {
    private int age;

    public Employee() {
    }

    public Employee(int age) {
        this.age = age;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    private void printAge() {
        System.out.println(this.age);
    }
}


public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Employee employee = new Employee(30);
        Class cls = employee.getClass();
        try {
            Field ageField = cls.getDeclaredField("age");
            ageField.setAccessible(true);
            
            int age = ageField.getInt(employee);
            System.out.println(age);                // 30
            
            ageField.setInt(employee,31);
            System.out.println(employee.getAge());  // 31
            
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

4. 使用反射获取一个ArrayList的所有父类（包括间接父类）。

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Class cls = ArrayList.class;
        while (cls != null) {
            System.out.println(cls.getName());
            cls = cls.getSuperclass();
        }
    }
}

5. 使用反射调用一个类的静态方法。

import java.lang.reflect.Method;

class MyMath {
    public static <T extends Number> T add(T a, T b) {
        if (a instanceof Integer) {
            return (T) Integer.valueOf(a.intValue() + b.intValue());
        } else if (a instanceof Double) {
            return (T) Double.valueOf(a.doubleValue() + b.doubleValue());
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Unsupported number type");
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Class cls = MyMath.class;
        try {
            // 由于泛型擦除，需要指定方法的确切参数类型
            Method method = cls.getDeclaredMethod("add", Number.class, Number.class);
            // 静态方法必须指定null
            Object invoke = method.invoke(null, 1, 2);
            System.out.println(invoke); // 3
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

6. 使用反射获取某个类的所有公有成员变量，并打印出每个成员变量的名称和类型。

import java.lang.reflect.Field;

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

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Class<People> cls = People.class;
        Field[] PeopleFields = cls.getFields();
        for (Field peopleField : PeopleFields) {
            System.out.println(peopleField.getName() + " => " + peopleField.getType());
        }
        
        //id => int
        //age => int

    }
}

7. 使用反射获取某个类的所有成员方法，并打印出每个方法变量的名称和返回值类型。

import java.lang.reflect.Method;

class People {
    public void printHello() {
        System.out.println("Hello, Java");
    }

    public String getHello(String Hello) {
        return Hello + ", Java";
    }

    private int getMoney() {
        return 0;
    }

}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Class<People> cls = People.class;
        Method[] methods = cls.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method.getName() + " => " + method.getReturnType());
        }

        //printHello => void
        //getHello => class java.lang.String
        //getMoney => int
    }
}

8. 使用反射调用一个对象的公有方法，并传递参数。

import java.lang.reflect.Method;

class MyMath {
    public int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Class<MyMath> myMathClass = MyMath.class;
        try {
            Method addMethod = myMathClass.getMethod("add", int.class, int.class);
            MyMath myMath = new MyMath(); // 创建 MyMath 类的实例
            Object invoke = addMethod.invoke(myMath, 1, 2); // 传递 MyMath 类的实例
            System.out.println(invoke); // 3
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}