Java安全 | 反射看這一篇就夠了

作者：雪痕0101 2022-04-07 10:39:21

我們可以將Java這種靜態(tài)語(yǔ)?附加上動(dòng)態(tài)特性，換句話說(shuō)，就是反射機(jī)制是Java實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的關(guān)鍵，也就是通過(guò)反射實(shí)現(xiàn)類動(dòng)態(tài)加載。怎么理解呢，就是在運(yùn)行時(shí)加載需要的類，如果運(yùn)行時(shí)不用該類，則不報(bào)錯(cuò)，降低了依賴性。

什么是反射?

Java安全可以從反序列化漏洞說(shuō)起，反序列化漏洞又可以從反射說(shuō)起。反射是大多數(shù)語(yǔ)言里都必不可少的組成部分，對(duì)象可以通過(guò)反射獲取他的類，類可以通過(guò)反射拿到所有?法(包括私有)，拿到的?法可以調(diào)?，總之通過(guò)“反射”，我們可以將Java這種靜態(tài)語(yǔ)?附加上動(dòng)態(tài)特性。可能說(shuō)完這一兩句話大家還是不知道反射是個(gè)啥玩意，現(xiàn)在為了讓大家容易理解，先為大家提出一個(gè)需求，通過(guò)這個(gè)需要來(lái)引出反射。需求如下：

根據(jù)配置文件re.properties指定信息，創(chuàng)建對(duì)象并調(diào)用方法。

classfullpath=com.lxflxf.Cat

method=hi

這樣的需求在學(xué)習(xí)框架時(shí)很多，即在通過(guò)外部文件配置，在不修改源碼的情況下，來(lái)控制程序。

我們使用現(xiàn)有技術(shù)可以做到嗎?咱們可以動(dòng)手寫一下。

首先創(chuàng)建配置文件，寫入上述內(nèi)容，然后創(chuàng)建一個(gè)類，寫入如下內(nèi)容：

public class Cat {

    private String name = "小貓";

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

傳統(tǒng)的方法是不是我們可以先new一個(gè)對(duì)象，然后再調(diào)用它的方法。寫法如下：

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

通過(guò)傳統(tǒng)方法，確實(shí)可以調(diào)用hi()方法，但是這和我們的需求不一樣，這里我們是要根據(jù)配置文件re.properties指定信息來(lái)完成。到了這里，有同學(xué)就說(shuō)了，咱們可以通過(guò)IO流的方式來(lái)讀取配置文件的信息。好，咱們用代碼來(lái)寫一下。

使用Properties來(lái)讀寫配置文件。案例代碼如下：

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);

運(yùn)行一下，發(fā)現(xiàn)成功讀取到內(nèi)容。

然后需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象，怎么創(chuàng)建對(duì)象呢?有同學(xué)就說(shuō)了，咱們可以直接new classfullpath,這樣不就好了嘛?嗯，想法不錯(cuò)，下回不要想了。不要忘記了，我們現(xiàn)在的classfullpath可是字符串類型，怎么能去new呢。所以現(xiàn)有技術(shù)是做不到這個(gè)事情的。那么這里就要引入我們要將的重點(diǎn)——反射機(jī)制。

為了能更好的理解反射，這里先寫一個(gè)小案例，然后在去解釋。

第一步、加載類，返回Class類型的對(duì)象cls。

Class cls = Class.forName(classfullpath);

第二步、通過(guò)cls得到你加載的類 com.lxflxf.Cat 的對(duì)象實(shí)例。

Object o = cls.newInstance();

可能有同學(xué)會(huì)問(wèn)，你怎么知道這里拿到的是com.lxflxf.Cat呢，我們可以打印一下來(lái)看看，System.out.println(o.getClass())輸出結(jié)果如下：

第三步、通過(guò)cls得到你加載的類 com.lxflxf.Cat 的 methodName 的方法對(duì)象，我們可以在反射中，把方法視為對(duì)象。

Method method1 = cls.getMethod(methodName);

最后、通過(guò)method1調(diào)用方法、也就是通過(guò)方法對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)用方法。

method1.invoke(o);

在這里我們也能發(fā)現(xiàn)反射和傳統(tǒng)方法的區(qū)別了，傳統(tǒng)方法是對(duì)象.方法()，反射中呢，是方法.invoke(對(duì)象)。那我們運(yùn)行一下，看看能否輸出方法里的內(nèi)容呢，如下：

說(shuō)到這里大家腦海里應(yīng)該也有了反射的概念。其實(shí)反射機(jī)制還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是可以通過(guò)外部文件配置，在不修改源碼的情況下，來(lái)控制程序。比如這里，我在Cat類下面再寫一個(gè)方法，cry()方法，代碼如下：

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

如果我們使用傳統(tǒng)方法，要調(diào)用這個(gè)方法，是不是就要修改代碼了，比如cat.cry();這樣的，那通過(guò)反射，我們只需要修改配置文件就可以了，在配置文件re.properties中，將method=hi改為method=cry，就可以了。

運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)成功調(diào)用并輸出了內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了改配置文件，不改代碼，完成了解藕。

反射機(jī)制

上文中，通過(guò)一個(gè)小案例來(lái)簡(jiǎn)單的了解了一下反射，現(xiàn)在來(lái)系統(tǒng)的說(shuō)一下。**反射機(jī)制允許程序在執(zhí)行期借助于ReflectionAPI取得任何類的內(nèi)部信息(比如成員變量、構(gòu)造器、成員方法等等)，并能操作對(duì)象的屬性及方法。**加載完類后，在堆中就產(chǎn)生了一個(gè)Class類型的對(duì)象(一個(gè)類只有一個(gè)Class對(duì)象)，這個(gè)對(duì)象包含了類的完整結(jié)構(gòu)信息。通過(guò)這個(gè)對(duì)象得到類的結(jié)構(gòu)。為了便于理解，在這里為大家畫一下Java反射機(jī)制原理示意圖。如下：

然后現(xiàn)在做一個(gè)小小的總結(jié)，Java反射機(jī)制可以完成：

在運(yùn)行時(shí)判斷任意一個(gè)對(duì)象所屬的類。
在運(yùn)行時(shí)構(gòu)造任意一個(gè)類的對(duì)象。
在運(yùn)行時(shí)得到任意一個(gè)類所具有的成員變量和方法。
在運(yùn)行時(shí)調(diào)用任意一個(gè)對(duì)象的成員變量和方法。
生成動(dòng)態(tài)代理。

反射相關(guān)的主要類如下：

Java.long.Class:代表一個(gè)類，Class對(duì)象表示某個(gè)類加載后在堆中的對(duì)象。
Java.lang.reflect.Method:代表類的方法。
Java.lang.reflect.Field:代表類的成員變量。
Java.lang.reflect.Constructor:代表類的構(gòu)造方法。

上文的案例代碼中，我們使用了Method和Class相關(guān)的方法，現(xiàn)在演示一下，通過(guò)Field來(lái)拿到成員變量，代碼如下：

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

發(fā)現(xiàn)成功拿到了成員變量的值：

Class類分析

接下來(lái)對(duì)Class類特點(diǎn)進(jìn)行一下梳理。先看看Class類圖：

我們發(fā)現(xiàn)它的父類仍然是Object。

然后第二點(diǎn)是，Class類對(duì)象不是new出來(lái)的，而是系統(tǒng)創(chuàng)建的。這里怎么理解呢，還記得上面咱們畫的原理圖嗎?Class類是由loadClass()方法完成類加載，生成了某個(gè)類對(duì)應(yīng)的Class類對(duì)象。現(xiàn)在為大家演示一下。寫如下案例代碼：

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

然后這這句代碼的前面下一個(gè)斷點(diǎn)，進(jìn)行調(diào)試。成功進(jìn)入ClassLoader類中，到了loadClass()方法。如下：

接下來(lái)說(shuō)第三點(diǎn)，對(duì)于某個(gè)類的Class類對(duì)象，在內(nèi)存中只有一份，因?yàn)轭愔患虞d一次。現(xiàn)在寫一個(gè)小案例來(lái)驗(yàn)證一下這個(gè)事情，通過(guò)ha shCode來(lái)判斷，寫如下幾行代碼：

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

執(zhí)行結(jié)果如下圖，值相同。

最后關(guān)于Class類對(duì)象還有兩點(diǎn)說(shuō)一下，一是每個(gè)類的實(shí)例都會(huì)記得自己是由哪個(gè)Class實(shí)例所生成，二是Class對(duì)象可以完整地得到一個(gè)類的完整結(jié)構(gòu)，通過(guò)一系列的API。

Class類常用方法

這里通過(guò)寫小案例的方式，為大家說(shuō)說(shuō)Class類常用方法，首先新建一個(gè)Car類，代碼如下：

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

然后我要獲取到Car類對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象，這里用到的就是forName()方法：

String classAllPath = "com.lxflxf.Car";
//獲取到Car類對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象
Class cls = Class.forName(classAllPath);

我們可以輸出一下：

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

第一個(gè)輸出的是cls對(duì)象，是哪個(gè)類的Class對(duì)象，第二個(gè)輸出的是cls運(yùn)行類型，如下圖：

如果我想要得到包名，可以通過(guò)getPackageName()方法，可以通過(guò)System.out.println(cls.getPackageName())，輸出內(nèi)容為com.lxflxf。如果想得到類名，可以通過(guò)getName()方法。還有一個(gè)很重要的方法，那就是創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例：newInstance()，案例如：Object o = cls.newInstance();，這里也需要注意一點(diǎn)，在JDK1.9往上，不再使用newInstance()。還可以通過(guò)getField()獲取到屬性。還有一寫其他方法，這里就不一一舉例了。列了一個(gè)表格，如下：

前面說(shuō)了這么多，那哪些類型有Class對(duì)象呢?如下列表：

外部類，成員內(nèi)部類，靜態(tài)內(nèi)部類，局部?jī)?nèi)部類，匿名內(nèi)部類

interface：接口

數(shù)組

enum: 枚舉

annotation: 注解

基本數(shù)據(jù)類型

void

案例代碼如下：

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

輸出結(jié)果如下：

動(dòng)態(tài)加載

在文章最開(kāi)始，就說(shuō)了一下，通過(guò)“反射”，我們可以將Java這種靜態(tài)語(yǔ)?附加上動(dòng)態(tài)特性，換句話說(shuō)，就是反射機(jī)制是Java實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的關(guān)鍵，也就是通過(guò)反射實(shí)現(xiàn)類動(dòng)態(tài)加載。怎么理解呢，就是在運(yùn)行時(shí)加載需要的類，如果運(yùn)行時(shí)不用該類，則不報(bào)錯(cuò)，降低了依賴性。

舉個(gè)例子吧！

新建一個(gè)Java文件，命名為ClassLoad，寫入如下代碼：

Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("請(qǐng)輸入數(shù)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;

}

這里，我沒(méi)有寫Person類，但是程序編譯的時(shí)候是不會(huì)報(bào)錯(cuò)的。也就是說(shuō)，等到程序執(zhí)行到case "2"，里面時(shí)才會(huì)發(fā)生報(bào)錯(cuò)，也就是上文中提到的**在運(yùn)行時(shí)加載需要的類，如果運(yùn)行時(shí)不用該類，則不報(bào)錯(cuò)，這就是動(dòng)態(tài)加載。**我們現(xiàn)在來(lái)運(yùn)行看一眼。先輸入1程序正常，然后輸入2報(bào)錯(cuò)。