Java开发笔记（七十九）利用反射技术操作私有属性

早在介绍多态的时候，曾经提到公鸡实例的性别属性可能被篡改为雌性，不过面向对象的三大特性包含了封装、继承和多态，只要把性别属性设置为private私有级别，也不提供setSex这样的性别修改方法，那么性别属性就被严严实实地封装了起来，不但外部无法修改性别属性，连公鸡类的子类都无法修改。如此一来，公鸡实例的性别属性可谓防护周全，压根不存在被篡改的可能性。但是Java给面向对象留了个后门，也就是反射技术，利用反射技术竟然能够攻破封装的防护网，使得篡改私有属性从理想变成了现实，赶紧来看看反射技术是怎样做到这点的。
上一篇文章讲到通过字符串可以获得该串所代表的Class对象，那么通过字段名称字符串也能获得对应的字段对象，其中的获取操作用到了Class对象的getDeclaredField方法，完整的字段对象获取代码如下所示：

		try {
			Class cls = Chicken.class; // 获得Chicken类的基因类型
			// 通过字段名称获取该类的字段对象
			Field sexField = cls.getDeclaredField("sex");
		} catch (NoSuchFieldException e) { // 捕捉到了无此字段异常
			e.printStackTrace();
		} catch (SecurityException e) { // 捕捉到了安全异常
			e.printStackTrace();
		}

注意调用getDeclaredField方法之时需要捕捉两种异常，包括无此字段异常NoSuchFieldException和安全异常SecurityException。现在得到的Field对象便隐藏着sex属性的内在信息，要想从Field对象挖掘出sex属性的数值，还得继续下列两个步骤的处理：
1、调用Field对象的setAccessible方法，并传入true值，表示将该字段设置为允许访问，以解除private的限制；
2、调用Field对象的getInt方法，并传入鸡类实例，表示准备从该示例中获取指定字段的整型值。同理调用getBoolean方法获取的是布尔值，调用getString方法获取的是字符串值。倘若是获取基本类型以外的类型值，则需先调用get方法获得Object对象，再强制转换为目标类型。
整合以上的两个处理步骤，得到以下的字段数值获取代码：

			if (sexField != null) {
				sexField.setAccessible(true); // 将该字段设置为允许访问
				try {
					sex = sexField.getInt(chicken); // 获取某实例的字段值
				} catch (IllegalArgumentException e) { // 捕捉到了非法参数异常
					e.printStackTrace();
				} catch (IllegalAccessException e) { // 捕捉到了非法入口异常
					e.printStackTrace();
				}
			}

注意字段对象的getInt方法在调用时也要捕捉两种异常，包括非法参数异常IllegalArgumentException，以及非法入口异常IllegalAccessException。这里的两种异常加上之前调用getDeclaredField方法的两种异常，寥寥数行的反射代码竟要手工捕捉四种异常，未免太大动干戈了。其实程序员可以相信自己，保证反射过程中的操作代码完全正确，这样便无需逐个捕捉某种异常，只要一次性捕捉总的异常即Exception就行了。于是简化了异常捕捉逻辑的反射代码变成了下面这般：

	// 通过反射来获得某个实例的私有属性
	private static int getReflectSex(Chicken chicken) {
		int sex = -1;
		try {
			Class cls = Chicken.class; // 获得Chicken类的基因类型
			// 通过字段名称获取该类的字段对象
			Field sexField = cls.getDeclaredField("sex");
			if (sexField != null) {
				sexField.setAccessible(true); // 将该字段设置为允许访问
				sex = sexField.getInt(chicken); // 获取某实例的字段值
			}
		} catch (Exception e) { // 捕捉到了任何一种异常（错误除外）
			e.printStackTrace();
		}
		return sex;
	}

然而上面的代码仅仅通过反射取到性别字段的数值，仍旧没能修改该字段的数值，若想真正改变性别字段的取值，需要把getInt方法改为setInt方法，并给setInt方法的第二个参数传入修改后的数值。此时利用反射技术篡改字段值的代码示例如下：

	// 通过反射来修改某个实例的私有属性
	private static void setReflectSex(Chicken chicken, int sex) {
		try {
			Class cls = Chicken.class; // 获得Chicken类的基因类型
			// 通过字段名称获取该类的字段对象
			Field sexField = cls.getDeclaredField("sex");
			if (sexField != null) {
				sexField.setAccessible(true); // 将该字段设置为允许访问
				sexField.setInt(chicken, sex); // 将某实例的该字段修改为指定数值
			}
		} catch (Exception e) { // 捕捉到了任何一种异常（错误除外）
			e.printStackTrace();
		}
	}

从上述的setReflectSex代码可知，该方法传入一个鸡类实例和新的性别，目的是把这只鸡的性别变过来。这下有了getReflectSex方法可读取性别属性，还有setReflectSex方法可写入性别属性，再由外部接连调用这两个方法，从而验证反射技术的执行效果。下面是外部先后篡改公鸡实例性别、篡改母鸡实例性别的演示代码：

		Cock cock = new Cock(); // 创建一个公鸡实例
		System.out.println("准备修理公鸡，性别取值 = "+getReflectSex(cock));
		setReflectSex(cock, cock.FEMALE); // 把公鸡实例的性别篡改为“雌性”
		System.out.println("结束修理公鸡，性别取值 = "+getReflectSex(cock));
		Hen hen = new Hen(); // 创建一个母鸡实例
		System.out.println("准备修理母鸡，性别取值 = "+getReflectSex(hen));
		setReflectSex(hen, hen.MALE); // 把母鸡实例的性别篡改为“雄性”
		System.out.println("结束修理母鸡，性别取值 = "+getReflectSex(hen));

运行以上的演示代码，观察到下列的日志描述：

准备修理公鸡，性别取值 = 0
结束修理公鸡，性别取值 = 1
准备修理母鸡，性别取值 = 1
结束修理母鸡，性别取值 = 0

可见尽管鸡类的sex属性被声明为private，但是公鸡实例的性别依然被篡改为雌性，母鸡实例的性别依然被篡改为雄性了。

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