Java高级语法学习之反射详解

什么是反射

Java中的反射机制是指在程序运行时，动态获取类的信息并操作它们的一种机制。通过反射，程序可以获取某个类的构造方法、成员变量、成员方法，并可以在运行时动态创建对象、调用方法、访问变量等。

反射的应用场景

1. 动态加载类： 在程序运行时，根据外部条件动态加载指定的类；
2. 动态创建对象： 可以根据传入的类名和参数，动态创建该类的实例；
3. 动态调用方法： 可以根据传入的类名、方法名和参数，动态调用该类的方法；
4. 操作私有变量： 可以通过反射机制绕过Java语言的封装性，操作类中的私有变量。

反射的基本用法

获取Class对象

在Java中，每个类都会被编译成.class文件，用于在JVM中加载和运行程序。通过反射机制，我们可以获取某个类的Class对象，用于后续的操作。

获取Class对象的方法有三种：

1. 通过对象的getClass()方法获取：Class clazz = object.getClass();
2. 通过类名.class方式获取：Class clazz = MyClass.class;
3. 通过Class.forName()方式获取：Class clazz = Class.forName("com.example.MyClass");

创建对象并调用方法

通过反射机制，我们可以在创建对象时动态指定类名，然后通过类名创建对象并调用方法。

public class Hello {
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello world!");
    }
}

Class clazz = Class.forName("com.example.Hello");
Object obj = clazz.newInstance();
Method method = clazz.getMethod("sayHello");
method.invoke(obj);

上述代码先获取了Hello类的Class对象，然后通过clazz.newInstance()方法创建了Hello类的实例，并获取了sayHello()方法的Method对象，最后通过method.invoke(obj)方法调用了该方法。

操作私有变量

通过反射机制，我们可以访问类中的私有变量，绕过Java语言的封装性。

public class Person {
    private String name = "Tom";
}

Class clazz = Class.forName("com.example.Person");
Object obj = clazz.newInstance();
Field field = clazz.getDeclaredField("name");
field.setAccessible(true);
String name = (String) field.get(obj);
System.out.println(name);

上述代码先获取了Person类的Class对象，然后通过clazz.newInstance()方法创建了Person类的实例，并通过clazz.getDeclaredField("name")方法获取了name私有变量的Field对象，最后通过field.setAccessible(true)打开了字段的访问权限，并通过field.get(obj)方法获取了私有变量的值。

示例说明

示例一：使用反射泛化地读取Excel文件

在Java中，我们通常使用POI库来读取Excel文件。但如果我们需要读取多种类型的Excel文件，每种类型都需要手动编写读取代码，就会产生大量重复的代码。这时，可以使用反射机制来简化代码。

我们定义一个抽象类ExcelReader，定义了读取Excel文件的抽象方法readExcel()，并定义了一个静态方法getInstance()，用于获取ExcelReader的子类的实例。

public abstract class ExcelReader {
    public abstract void readExcel();

    public static ExcelReader getInstance(String className) throws Exception {
        Class clazz = Class.forName(className);
        return (ExcelReader)clazz.newInstance();
    }
}

定义一个子类XlsReader，用于读取.xls文件。在子类中实现readExcel()方法，用于读取.xls文件，并在main()方法中动态加载XlsReader类，并调用readExcel()方法进行读取。

public class XlsReader extends ExcelReader {
    @Override
    public void readExcel() {
        System.out.println("正在读取.xls文件");
    }
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    ExcelReader reader = ExcelReader.getInstance("com.example.XlsReader");
    reader.readExcel();
}

定义一个子类XlsxReader，用于读取.xlsx文件。并在main()方法中动态加载XlsxReader类，并调用readExcel()方法进行读取。

public class XlsxReader extends ExcelReader {
    @Override
    public void readExcel() {
        System.out.println("正在读取.xlsx文件");
    }
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    ExcelReader reader = ExcelReader.getInstance("com.example.XlsxReader");
    reader.readExcel();
}

示例二：通过反射实现简单注解框架

在Java中，注解是一种特殊的类。我们可以通过反射机制来获取注解信息，并根据注解信息进行操作。下面，我们将实现一个简单的注解框架。

首先，我们定义一个注解@MyAnnotation，注解包含两个元素：id和name。

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface MyAnnotation {
    int id();
    String name();
}

然后，我们定义一个用@MyAnnotation注解的类，可以通过反射机制获取类上的注解信息。

@MyAnnotation(id = 1, name = "Person")
public class Person {
    private String name = "Tom";
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Class clazz = Class.forName("com.example.Person");
    MyAnnotation annotation = (MyAnnotation)clazz.getAnnotation(MyAnnotation.class);
    System.out.println(annotation.id());
    System.out.println(annotation.name());
}

上述代码中，我们通过clazz.getAnnotation(MyAnnotation.class)方法获取了Person类的@MyAnnotation注解信息，并输出了注解的元素。

结论

反射是一种强大的机制，可以动态获取类的信息，并进行动态操作。但是，由于反射机制属于运行时反射，所以可能产生性能问题。在实际应用中，需要合理使用反射机制，遵循最优实践。