Java 反射機制實戰：從基礎 API 到動態修改私有字段、泛型解析、實例創建

前言

Java 反射 是框架開發 (Spring、Hibernate、MyBatis、Jackson) 的基石，允許運行時檢查類結構、動態創建對象、訪問/修改私有成員、調用任意方法。本文通過完整的 `Book`/`Page` 模型，演示反射核心 API 的實戰用法：字段操作、泛型類型擷取、構造器/方法調用、繞過訪問控制。

領域模型

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Book {
    public String title;
    public int length = 0;
    public List pages = null;

    @Override public String toString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder("Book:\n");
        sb.append("  title=").append(title).append("\n");
        sb.append("  length=").append(length).append("\n");
        sb.append("  pages=").append(pages).append("\n");
        if (pages != null) {
            for (Page page : pages) sb.append("    ").append(page).append("\n");
        }
        return sb.toString();
    }
}

public class Page {
    @Override public String toString() { return "Page@" + Integer.toHexString(hashCode()); }
}

反射核心實戰

1. 獲取 Class 對象的三種方式

Class clazz1 = Book.class;                    // 1. 類字面量 (編譯期已知，最快)
Class clazz2 = new Book().getClass();         // 2. 實例 getClass() (運行期)
Class clazz3 = Class.forName("pkg.Book");     // 3. 字符串全限定名 (動態加載，可拋 ClassNotFoundException)

2. 訪問與修改公有字段

Book book = new Book();
Class clazz = book.getClass();

// 獲取單個公有字段 (包含繼承)
Field titleField = clazz.getField("title"); 
titleField.set(book, "反射實戰指南"); // 等同 book.title = "..."

// 獲取所有公有字段 (含父類)
Field[] publicFields = clazz.getFields(); 

// 批量修改：根據類型設置默認值
for (Field f : publicFields) {
    if (f.getType() == String.class) f.set(book, "默認標題");
    else if (f.getType() == int.class) f.set(book, 999);
}
// 輸出: title=默認標題, length=999

3. 破解私有字段訪問控制 (核心技巧)

// 假設 length 改為 private
// private int length = 0;

Field lengthField = clazz.getDeclaredField("length"); // getDeclaredField 可獲取私有字段，不含繼承
lengthField.setAccessible(true); // 關鍵：暴力反射，關閉訪問檢查
lengthField.setInt(book, 888);   // 基本類型用 setXxx 避免裝箱
System.out.println(book.length); // 888

注意：JDK 9+ 模組化系統 (`--add-opens`) 可能限制 `setAccessible(true)`。啟動參數添加 `--add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED` 可解除限制。

4. 泛型類型擷取與動態實例化 (進階)

場景：`List pages`，運行時獲取泛型參數 `Page` 並創建實例加入列表。

Field pagesField = clazz.getDeclaredField("pages");
pagesField.setAccessible(true);

// 1. 獲取泛型類型信息：List -> ParameterizedType
java.lang.reflect.Type genericType = pagesField.getGenericType();
if (genericType instanceof ParameterizedType) {
    ParameterizedType pt = (ParameterizedType) genericType;
    // 獲取實際類型參數 [0] -> Page.class
    Type[] actualTypeArgs = pt.getActualTypeArguments();
    Type pageType = actualTypeArgs[0]; // 這裡是 Class

    // 2. 動態加載並實例化
    Class pageClass = Class.forName(pageType.getTypeName()); // "pkg.Page"
    Object pageInstance = pageClass.getDeclaredConstructor().newInstance(); // 調用無參構造器

    // 3. 創建列表並設置
    List