Java练习——day1（反射）

练习1

编写代码，通过反射获取String类的所有公共方法名称，并按字母顺序打印。

• 示例代码：

import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Arrays;public class StringMethodsReflection {public static void main(String[] args) {// 获取 String 类的所有公共方法（包含继承的方法）Method[] methods = String.class.getMethods();// 把方法名称提取到一个字符串数组中String[] methodNames = new String[methods.length];for (int i = 0; i < methods.length; i++) {methodNames[i] = methods[i].getName();}// 对方法名称数组进行字母排序Arrays.sort(methodNames);// 为了防止重复打印同一方法名（由于重载会有相同名称），只输出不相同的名称String lastPrinted = "";for (String name : methodNames) {if (!name.equals(lastPrinted)) {System.out.println(name);lastPrinted = name;}}}
}

• 代码解析:

• 获取方法：
  调用 String.class.getMethods() 能获取 String 类中所有的公共方法，包括从父类继承的方法。

• 提取方法名称：
  将所有 Method 对象的名称依次存入 String 数组。

• 排序：
  使用 Arrays.sort 对数组进行字母排序。

• 去重输出：
  考虑到方法可能重载导致名称重复，通过比较上一个输出值过滤重复名称后依次打印。

• 输出结果：（部分）
  

练习2

创建一个包含私有字段private int value的类Secret，通过反射修改该字段的值并验证结果。

• 代码示例：
  创建两个 Java 文件，一个用于定义类 Secret（中级练习题的目标类），另一个用于编写反射修改私有字段的代码。

// Secret.java
public class Secret {private int value;// 构造方法，用于初始化 valuepublic Secret(int value) {this.value = value;}// 提供 getter 方法便于验证修改后的值public int getValue() {return value;}
}

// ModifySecretReflection.java
import java.lang.reflect.Field;public class ModifySecretReflection {public static void main(String[] args) {try {// 创建 Secret 对象，初始值为 10Secret secret = new Secret(10);System.out.println("修改前的 value: " + secret.getValue());// 通过反射获取私有字段 "value"Field field = Secret.class.getDeclaredField("value");// 解除封装限制，使私有字段可以被操作field.setAccessible(true);// 将字段的值修改为 42field.setInt(secret, 42);// 验证修改后的值System.out.println("修改后的 value: " + secret.getValue());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

• 输出结果:
  
• 代码解析:
• Secret 类：
  定义了一个私有字段 value，同时提供构造方法和 getter 方法用于初始化和获取该字段的值。
• 反射修改字段：
  在 ModifySecretReflection 类中：
  • 使用 Secret.class.getDeclaredField(“value”) 得到对应的 Field 对象。
  • 调用 setAccessible(true) 来取消对私有字段的访问限制。
  • 使用 field.setInt(secret, 42) 修改实例 secret 的 value 字段。
• 验证结果：
  修改前后分别输出 value 字段的值，从而验证反射修改是否成功。

练习3

实现一个简易的“对象拷贝工具”，通过反射将源对象的所有字段值复制到目标对象的同名字段中（支持不同类的兼容字段）。

• 示例代码：

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ObjectCopyUtil {/*** 将 source 对象中所有字段（包括私有字段）复制到 target 对象中同名且类型兼容的字段上。** @param source 源对象* @param target 目标对象*/public static void copyFields(Object source, Object target) {Class<?> srcClass = source.getClass();Class<?> targetClass = target.getClass();// 获取源对象所有字段（包括继承的字段）for (Field srcField : getAllFields(srcClass)) {String fieldName = srcField.getName();try {// 从目标对象中查找同名字段Field targetField = getField(targetClass, fieldName);if (targetField != null) {// 判断目标字段类型是否可以赋值源字段类型（兼容性检查）if (targetField.getType().isAssignableFrom(srcField.getType())) {srcField.setAccessible(true);targetField.setAccessible(true);Object value = srcField.get(source);targetField.set(target, value);}}} catch (Exception e) {// 如果拷贝过程中发生异常，可以打印出来或继续处理e.printStackTrace();}}}/*** 从指定的类及其父类中获取所有字段。** @param clazz 类对象* @return 包含所有字段的数组*/private static Field[] getAllFields(Class<?> clazz) {List<Field> fields = new ArrayList<>();Class<?> current = clazz;while (current != null) {Field[] declaredFields = current.getDeclaredFields();for (Field f : declaredFields) {fields.add(f);}current = current.getSuperclass();}return fields.toArray(new Field[0]);}/*** 在目标类及其父类中查找指定名称的字段。** @param clazz     类对象* @param fieldName 字段名* @return 找到的字段，若无则返回 null*/private static Field getField(Class<?> clazz, String fieldName) {Class<?> current = clazz;while (current != null) {try {return current.getDeclaredField(fieldName);} catch (NoSuchFieldException e) {current = current.getSuperclass();}}return null;}// 下面提供一个简单的测试示例public static void main(String[] args) {// 创建源对象和目标对象，这里两者的字段名称和类型保持兼容SourceClass src = new SourceClass(100, "Hello", 3.14);TargetClass trg = new TargetClass(0, "World", 0.0);System.out.println("拷贝前:");System.out.println("源对象: " + src);System.out.println("目标对象: " + trg);// 调用拷贝工具，将源对象的字段值复制到目标对象中copyFields(src, trg);System.out.println("拷贝后:");System.out.println("源对象: " + src);System.out.println("目标对象: " + trg);}
}// 示例：定义源对象类
class SourceClass {private int num;public String text;protected double decimal;public SourceClass(int num, String text, double decimal) {this.num = num;this.text = text;this.decimal = decimal;}@Overridepublic String toString() {return "SourceClass{num=" + num + ", text='" + text + "', decimal=" + decimal + "}";}
}// 示例：定义目标对象类
class TargetClass {private int num;public String text;protected double decimal;public TargetClass(int num, String text, double decimal) {this.num = num;this.text = text;this.decimal = decimal;}@Overridepublic String toString() {return "TargetClass{num=" + num + ", text='" + text + "', decimal=" + decimal + "}";}
}

输出结果：

• 代码解析

• copyFields 方法：

  • 接受两个参数：源对象和目标对象。
  • 调用 getAllFields 方法获得源对象中所有字段，包括私有和继承的字段。
  • 对每个字段调用 getField，在目标对象中查找同名字段，如果找到则进行类型兼容检查（使用 isAssignableFrom 判断），确保源字段的值能赋给目标字段。
  • 通过 setAccessible(true) 解除访问限制，然后从源对象中获取值，并设置到目标对象中对应字段上。

• 辅助方法 getAllFields：

  • 通过循环遍历类及其父类，获取所有的声明字段，便于对象拷贝时不遗漏继承字段。

• 辅助方法 getField：

  • 逐级向上查找目标类中的同名字段，确保可以操作可能在父类中声明的字段。

• 测试示例：

  • 定义了两个示例类 SourceClass 和 TargetClass，它们具有相同名称和类型的字段。
  • 在 main 方法中创建两个实例，并调用 copyFields 实现拷贝。
  • 最后输出拷贝前后的对象状态，用于验证拷贝效果是否正确。

思考

封装原则与反射

• 封装的初衷：
  封装主要目的是隐藏内部实现细节，对外只暴露必要的接口，从而降低系统复杂度以及增强代码的安全性和可维护性。通过私有成员和方法，类能更好地控制数据和行为的访问。
• 反射的特性：
  反射作为一种强大的工具，允许在运行时动态检查类的结构，包括构造方法、字段和方法。通过反射，可以在运行时绕过常规的访问控制，从而对私有成员进行操作。这种能力确实打破了封装的“规则”，但它是为了提供动态性和灵活性，而不是作为日常开发中修改对象状态的一般手段。

合理使用反射“破坏”封装的场景

虽然反射破坏了封装原则，但在某些场景下，这种“破坏”是被认可且必要的：
1.框架与库设计：
很多 Java 框架（如依赖注入、ORM 框架、序列化工具）需要访问对象内部的状态来完成对象构造、初始化、映射和序列化操作。例如，Spring 框架在依赖注入和 AOP 方面就大量利用了反射。

2.单元测试：
在单元测试中，有时需要测试那些没有暴露接口的方法或状态。借助反射可以绕过正常访问限制，对对象进行细粒度的状态验证。不过，过度依赖这种方式可能提示设计上的问题，因此一般建议将测试重点放在公开接口上。

3.调试与诊断：
在调试或诊断复杂系统时，反射可以帮助开发者查看对象的真实内部状态，以便更迅速地定位问题。这种情况下，使用反射有助于快速恢复问题的本质。

4.对象映射和序列化：
对象与数据之间的映射（例如 JSON 序列化与反序列化）通常需要知道对象内部的字段信息。反射可以自动化这一过程，无需手动编写大量冗余代码。