📌 1. 概述
Java反射API的使用在社区中一直存在广泛争议，有时被视为不良实践。 尽管它被许多流行的Java框架和库广泛使用，但其潜在缺点使得在常规服务器端应用中频繁使用它并不受欢迎。
在本教程中，我们将深入探讨反射可能给代码库带来的利弊。此外，我们将探讨何时使用反射是合适的，何时不合适，最终帮助我们判断它是否属于不良实践。
📌 2. 理解Java反射
在计算机科学中，反射编程或反射是指程序在运行时检查、内省和修改其自身结构和行为的能力。 当一门编程语言完全支持反射时，它允许在运行时检查和修改代码库中类和对象的结构和行为，使得源代码能够重写自身的某些方面。
根据这一定义，Java提供了对反射的完全支持。除了Java，其他支持反射编程的常见语言还有C#、Python和JavaScript。
许多流行的Java框架，如Spring和Hibernate，都依赖反射来提供依赖注入、面向切面编程和数据库映射等高级特性。除了通过框架或库间接使用反射，我们还可以直接使用java.lang.reflect包或Reflections库来使用反射。
📌 3. Java反射的优点
如果使用得当，Java反射可以是一个强大且多功能的特性。 在本节中，我们将探讨反射的一些主要优势，以及如何在某些场景中有效使用它。
✅ 3.1. 动态配置
反射API赋予了动态编程能力，增强了应用程序的灵活性和适应性。 当我们遇到在运行时才知道所需类或模块的场景时，这一特性就非常有价值。
此外，利用反射的动态能力，开发者可以构建能够实时重新配置的系统，而无需大量修改代码。
例如，Spring框架使用反射来创建和配置bean。 它扫描类路径组件，并根据注解和XML配置动态实例化和配置bean，允许开发者在不修改源代码的情况下添加或修改bean。
✅ 3.2. 可扩展性
使用反射的另一个显著优势是可扩展性。这使我们能够在运行时引入新功能或模块，而无需更改应用程序的核心代码。
为了说明这一点，假设我们正在使用一个第三方库，该库定义了一个基类，并包含多个子类型用于多态反序列化。我们希望通过引入扩展同一基类的自定义子类型来扩展功能。在这种情况下，反射API就派上用场了，因为我们可以利用它在运行时动态注册这些自定义子类型，并轻松地将它们与第三方库集成。这样，我们就可以根据特定需求调整库，而无需修改其代码库。
✅ 3.3. 代码分析
反射的另一个用例是代码分析，它允许我们动态检查代码。 这特别有用，因为它可以提高软件开发的质量。
例如，ArchUnit是一个用于架构单元测试的Java库，它利用反射和字节码分析。该库无法通过反射API获取的信息则在字节码级别获取。这样，该库动态分析代码，使我们能够强制执行架构规则和约束，确保软件项目的完整性和高质量。
📌 4. Java反射的缺点
正如我们在上一节所看到的，反射是一个具有多种应用的强大特性。然而，它也带来了一系列缺点，我们在决定在项目中使用它之前需要考虑这些缺点。 在本节中，我们将深入探讨该特性的一些主要缺点。
❌ 4.1. 性能开销
Java反射动态解析类型，并可能限制某些JVM优化。 因此，反射操作比非反射操作性能更慢。所以，在处理性能敏感的应用程序时，我们应该避免在频繁调用的代码部分使用反射。
为了演示这一点，我们将创建一个非常简单的Person类，并对其执行一些反射和非反射操作：
public class Person {
private String firstName;
private String lastName;
private Integer age;
public Person(String firstName, String lastName, Integer age) {
this.firstName = firstName;
this.lastName = lastName;
this.age = age;
}
// standard getters and setters
}
现在，我们可以创建一个基准测试，以查看调用类中getter方法的时间差异：
public class MethodInvocationBenchmark {
@Benchmark
@Fork(value = 1, warmups = 1)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
public void directCall(Blackhole blackhole) {
Person person = new Person("John", "Doe", 50);
blackhole.consume(person.getFirstName());
blackhole.consume(person.getLastName());
blackhole.consume(person.getAge());
}
@Benchmark
@Fork(value = 1, warmups = 1)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
public void reflectiveCall(Blackhole blackhole) throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException {
Person person = new Person("John", "Doe", 50);
Method getFirstNameMethod = Person.class.getMethod("getFirstName");
blackhole.consume(getFirstNameMethod.invoke(person));
Method getLastNameMethod = Person.class.getMethod("getLastName");
blackhole.consume(getLastNameMethod.invoke(person));
Method getAgeMethod = Person.class.getMethod("getAge");
blackhole.consume(getAgeMethod.invoke(person));
}
}
让我们检查运行方法调用基准测试的结果：
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
MethodInvocationBenchmark.directCall avgt 5 8.428 ± 0.365 ns/op
MethodInvocationBenchmark.reflectiveCall avgt 5 102.785 ± 2.493 ns/op
现在，让我们创建另一个基准测试，以测试反射初始化与直接调用构造函数的性能：
public class InitializationBenchmark {
@Benchmark
@Fork(value = 1, warmups = 1)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
public void directInit(Blackhole blackhole) {
blackhole.consume(new Person("John", "Doe", 50));
}
@Benchmark
@Fork(value = 1, warmups = 1)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
public void reflectiveInit(Blackhole blackhole) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
Constructor<Person> constructor = Person.class.getDeclaredConstructor(String.class, String.class, Integer.class);
blackhole.consume(constructor.newInstance("John", "Doe", 50));
}
}
让我们检查构造函数调用的结果：
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
InitializationBenchmark.directInit avgt 5 5.290 ± 0.395 ns/op
InitializationBenchmark.reflectiveInit avgt 5 23.331 ± 0.141 ns/op
在回顾了两个基准测试的结果后，我们可以合理地推断，在Java中使用反射对于调用方法或初始化对象等用例来说，可能会慢得多。
我们的文章Java微基准测试提供了更多关于我们用于比较执行时间的方法的信息。
❌ 4.2. 暴露内部细节
反射允许执行在非反射代码中可能受限的操作。 一个很好的例子是访问和操作类的私有字段和方法。这样做，我们违反了面向对象编程的基本原则——封装。
举个例子，让我们创建一个只有一个私有字段的虚拟类，而不创建任何getter或setter：
public class MyClass {
private String veryPrivateField;
public MyClass() {
this.veryPrivateField = "Secret Information";
}
}
现在，让我们尝试在单元测试中访问这个私有字段：
@Test
public void givenPrivateField_whenUsingReflection_thenIsAccessible()
throws IllegalAccessException, NoSuchFieldException {
MyClass myClassInstance = new MyClass();
Field privateField = MyClass.class.getDeclaredField("veryPrivateField");
privateField.setAccessible(true);
String accessedField = privateField.get(myClassInstance).toString();
assertEquals(accessedField, "Secret Information");
}
❌ 4.3. 失去编译时安全性
反射的另一个缺点是失去了编译时安全性。 在典型的Java开发中，编译器会执行严格的类型检查，确保我们正确使用类、方法和字段。然而，反射绕过了这些检查，因此一些错误直到运行时才能被发现。因此，这可能导致难以检测的错误，并可能损害代码库的可靠性。
❌ 4.4. 降低代码可维护性
使用反射会显著降低代码的可维护性。 严重依赖反射的代码往往比非反射代码可读性差。可读性降低会导致维护困难，因为开发者更难理解代码的意图和功能。
另一个挑战是工具支持有限。 并非所有开发工具和IDE都完全支持反射。因此，这可能会减慢开发速度，并使其更容易出错，因为开发者必须依赖手动检查来发现问题。
❌ 4.5. 安全问题
Java反射涉及访问和操作程序的内部元素，这可能引起安全问题。在受限环境中，允许反射访问可能是有风险的，因为恶意代码可能试图利用反射来未经授权地访问敏感资源或执行违反安全策略的操作。
📌 5. Java 9对反射的影响
Java 9中引入的模块系统对模块封装代码的方式带来了重大变化。在Java 9之前，封装很容易被反射破坏。
模块默认不再暴露其内部细节。然而，Java 9提供了一些机制，有选择地授予模块间反射访问的权限。这允许我们在必要时打开特定的包，确保与遗留代码或第三方库的兼容性。
📌 6. 我们何时应该使用Java反射？
在探讨了反射的优缺点之后，我们可以确定一些使用场景，在这些场景中使用这个强大的特性是合适的或不合适的。
反射API在动态行为至关重要的场景中非常有价值。 正如我们已经看到的，许多著名的框架和库，如Spring和Hibernate，都依赖它来实现关键特性。在这些情况下，反射使这些框架能够为开发者提供灵活性和可定制性。此外，当我们自己创建库或框架时，反射可以使其他开发者能够扩展和定制他们与我们代码的交互，因此它是一个合适的选择。
此外，反射可以用于扩展我们无法修改的代码。 因此，当我们使用第三方库或遗留代码，并且需要在不修改原始代码库的情况下集成新功能或调整现有功能时，它可以是一个强大的工具。它允许我们访问和操作原本无法访问的元素，使其成为此类场景的实用选择。
然而，在考虑使用反射时，谨慎行事很重要。 在有强安全要求的应用程序中，使用反射代码应谨慎处理。反射允许访问程序的内部元素，这可能被恶意代码利用。此外，在处理性能关键型应用程序时，特别是在频繁调用的代码部分，反射的性能开销可能会成为一个问题。此外，如果编译时类型检查对我们的项目至关重要，我们应该考虑避免使用反射代码，因为它缺乏编译时安全性。
📌 7. 结论
正如我们在本文中所学到的，Java中的反射应该被视为一个需要谨慎使用的强大工具，而不是被贴上不良实践的标签。与任何特性一样，过度使用反射确实可以被视为不良实践。然而，当谨慎使用且仅在真正必要时，反射可以是一个宝贵的资产。
一如既往，源代码可以在GitHub上找到。