Java安全第一篇 ｜ 反射看这一篇就够了

什么是反射？

Java安全可以从反序列化漏洞说起，反序列化漏洞又可以从反射说起。反射是⼤多数语⾔⾥都必不可少的组成部分，对象可以通过反射获取他的类，类可以通过反射拿到所有⽅法（包括私有），拿到的⽅法可以调⽤，总之通过“反射”，我们可以将Java这种静态语⾔附加上动态特性。可能说完这一两句话大家还是不知道反射是个啥玩意，现在为了让大家容易理解，先为大家提出一个需求，通过这个需要来引出反射。需求如下：

根据配置文件re.properties指定信息，创建对象并调用方法。

classfullpath=com.lxflxf.Cat

method=hi

这样的需求在学习框架时很多，即在通过外部文件配置，在不修改源码的情况下，来控制程序。

我们使用现有技术可以做到吗？咱们可以动手写一下。

首先创建配置文件，写入上述内容，然后创建一个类，写入如下内容：

public class Cat {

    private String name = "小猫";

    public void hi(){
        System.out.println("hi" + name);
    }
}

传统的方法是不是我们可以先new一个对象，然后再调用它的方法。写法如下：

Cat cat = new Cat();
cat.hi();

通过传统方法，确实可以调用hi()方法，但是这和我们的需求不一样，这里我们是要根据配置文件re.properties指定信息来完成。到了这里，有同学就说了，咱们可以通过IO流的方式来读取配置文件的信息。好，咱们用代码来写一下。

使用Properties来读写配置文件。案例代码如下：

        Properties properties = new Properties();
        properties.load(new FileInputStream("src//re.properties"));
        String classfullpath = properties.get("classfullpath").toString();
        String methodName = properties.get("method").toString();
        System.out.println("classfullpath" + classfullpath);
        System.out.println("methodName=" + methodName);

运行一下，发现成功读取到内容。

然后需要创建对象，怎么创建对象呢？有同学就说了，咱们可以直接new classfullpath,这样不就好了嘛？嗯，想法不错，下回不要想了。不要忘记了，我们现在的classfullpath可是字符串类型，怎么能去new呢。所以现有技术是做不到这个事情的。那么这里就要引入我们要将的重点——反射机制。

为了能更好的理解反射，这里先写一个小案例，然后在去解释。

第一步、加载类，返回Class类型的对象cls

Class cls = Class.forName(classfullpath);

第二步、通过cls得到你加载的类 com.lxflxf.Cat 的对象实例

Object o = cls.newInstance();

可能有同学会问，你怎么知道这里拿到的是com.lxflxf.Cat呢，我们可以打印一下来看看，System.out.println(o.getClass())输出结果如下：

第三步、通过cls得到你加载的类 com.lxflxf.Cat 的 methodName 的方法对象，我们可以在反射中，把方法视为对象。

Method method1 = cls.getMethod(methodName);

最后、通过method1调用方法、也就是通过方法对象来实现调用方法

method1.invoke(o);

在这里我们也能发现反射和传统方法的区别了，传统方法是对象.方法()，反射中呢，是方法.invoke(对象)。那我们运行一下，看看能否输出方法里的内容呢，如下：

说到这里大家脑海里应该也有了反射的概念。其实反射机制还有一个优点，那就是可以通过外部文件配置，在不修改源码的情况下，来控制程序。比如这里，我在Cat类下面再写一个方法，cry()方法，代码如下：

public void cry(){
    System.out.println(name + "......喵喵喵");
}

如果我们使用传统方法，要调用这个方法，是不是就要修改代码了，比如cat.cry();这样的，那通过反射，我们只需要修改配置文件就可以了，在配置文件re.properties中，将method=hi改为method=cry，就可以了。

运行，发现成功调用并输出了内容，实现了改配置文件，不改代码，完成了解藕。

反射机制

上文中，通过一个小案例来简单的了解了一下反射，现在来系统的说一下。反射机制允许程序在执行期借助于ReflectionAPI取得任何类的内部信息（比如成员变量、构造器、成员方法等等），并能操作对象的属性及方法。加载完类后，在堆中就产生了一个Class类型的对象（一个类只有一个Class对象），这个对象包含了类的完整结构信息。通过这个对象得到类的结构。为了便于理解，在这里为大家画一下Java反射机制原理示意图。如下：

然后现在做一个小小的总结，Java反射机制可以完成：

• 在运行时判断任意一个对象所属的类
• 在运行时构造任意一个类的对象
• 在运行时得到任意一个类所具有的成员变量和方法
• 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
• 生成动态代理

反射相关的主要类如下：

1、Java.long.Class:代表一个类，Class对象表示某个类加载后在堆中的对象
2、Java.lang.reflect.Method:代表类的方法
3、Java.lang.reflect.Field:代表类的成员变量
4、Java.lang.reflect.Constructor:代表类的构造方法

上文的案例代码中，我们使用了Method和Class相关的方法，现在演示一下，通过Field来拿到成员变量，代码如下：

Field name = cls.getField("name");
System.out.println(name.get(o));

发现成功拿到了成员变量的值

Class类分析

接下来对Class类特点进行一下梳理。先看看Class类图

我们发现它的父类仍然是Object。

然后第二点是，Class类对象不是new出来的，而是系统创建的。这里怎么理解呢，还记得上面咱们画的原理图吗？Class类是由loadClass()方法完成类加载，生成了某个类对应的Class类对象。现在为大家演示一下。写如下案例代码：

Class<?> aClass = Class.forName("com.lxflxf.Cat");

然后这这句代码的前面下一个断点，进行调试。成功进入ClassLoader类中，到了loadClass()方法。如下：

接下来说第三点，对于某个类的Class类对象，在内存中只有一份，因为类只加载一次。现在写一个小案例来验证一下这个事情，通过ha shCode来判断，写如下几行代码：

Class<?> cls1 = Class.forName("com.lxflxf.Cat");
Class<?> cls2 = Class.forName("com.lxflxf.Cat");
System.out.println(cls1.hashCode());
System.out.println(cls2.hashCode());

执行结果如下图，值相同

最后关于Class类对象还有两点说一下，一是每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例所生成，二是Class对象可以完整地得到一个类的完整结构，通过一系列的API。

Class类常用方法

这里通过写小案例的方式，为大家说说Class类常用方法，首先新建一个Car类，代码如下：

public class Car {
    public String brand;
    public int price;
    public String color;
}

然后我要获取到Car类对应的Class对象，这里用到的就是forName()方法：

String classAllPath = "com.lxflxf.Car";
//获取到Car类对应的Class对象
Class cls = Class.forName(classAllPath);

我们可以输出一下

System.out.println(cls);
System.out.println(cls.getClass());

第一个输出的是cls对象，是哪个类的Class对象，第二个输出的是cls运行类型，如下图：

如果我想要得到包名，可以通过getPackageName()方法，可以通过System.out.println(cls.getPackageName())，输出内容为com.lxflxf。如果想得到类名，可以通过getName()方法。还有一个很重要的方法，那就是创建对象实例：newInstance()，案例如：Object o = cls.newInstance();，这里也需要注意一点，在JDK1.9往上，不再使用newInstance()。还可以通过getField()获取到属性。还有一写其他方法，这里就不一一举例了。列了一个表格，如下：

前面说了这么多，那哪些类型有Class对象呢？如下列表：

• 外部类，成员内部类，静态内部类，局部内部类，匿名内部类
• interface：接口
• 数组
• enum: 枚举
• annotation: 注解
• 基本数据类型
• void

案例代码如下：

Class<String> cls1 = String.class;  //外部类
Class<Serializable> cls2 = Serializable.class;  //接口
Class<Integer[]> cls3 = Integer[].class;   //数组
Class<Deprecated> cls4 = Deprecated.class;   //注解
System.out.println(cls1);
System.out.println(cls2);
System.out.println(cls3);
System.out.println(cls4);

输出结果如下：

动态加载

在文章最开始，就说了一下，通过“反射”，我们可以将Java这种静态语⾔附加上动态特性，换句话说，就是反射机制是Java实现动态语言的关键，也就是通过反射实现类动态加载。怎么理解呢，就是在运行时加载需要的类，如果运行时不用该类，则不报错，降低了依赖性。

举个例子吧

新建一个Java文件，命名为ClassLoad，写入如下代码

Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入数字");
String key = scanner.next();
switch (key){
    case "1":
        System.out.println("我等于1");
    case "2":
        Class<?> cls = Class.forName("Person");
        Object o = cls.newInstance();
        Method m = cls.getMethod("hi");
        m.invoke(o);
        System.out.println("ok!");
        break;

}

这里，我没有写Person类，但是程序编译的时候是不会报错的。也就是说，等到程序执行到case "2"，里面时才会发生报错，也就是上文中提到的在运行时加载需要的类，如果运行时不用该类，则不报错，这就是动态加载。我们现在来运行看一眼。先输入1程序正常，然后输入2报错。

现在是不是理解了动态加载了呢。

类加载

可能还有一些同学想要了解，比如，类加载过程到底是怎么样的呢？其实类加载大体分为三个阶段（加载阶段(Loading)、链接阶段(验证、准备、解析)、初始化阶段(initalization)），这里画一张图来便于理解。

具体的这个内容咱们后续再说，现在这里就不做探讨了。

参考

Java安全漫谈 - 01.反射篇