Java反序列化(1)-反射基础

发布于 2022/07/30 字数统计 8,130 字阅读时长 41 分钟

什么是反射和反射机制

反射其实就是把java类中的各个成分映射成一个个java对象。
即在运行状态中：
1.对于任意一个类，能够知道这个类的所有属性和方法。
2.对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个属性和方法。
这种动态获取信息及动态调用对象的方法的功能就叫反射机制。

PS：java中存在一个全局类，名字叫Class的类（常说的class是一个修饰类的关键字，这里说的Class是一个类名，不是关键字），这个Class类包含了所有的实例对象，通过操作这个Class类，我们就能够操控任意类。

为什么Java会有反射？

每一个事物的产生都有它的应用场景。在看到上面的定义的时候，初次学习反射的同学肯定是一头雾水的。
这里抛开概念，看看在不使用反射的时候是怎么写程序的。

那如果用反射怎么写呢？如下：

可以看到，代码量显著变大。但这里就有一个好处了，可以看到，我们一方面没有import这个User这个类，另一方面我们是用字符串来传入User这个类的，因此如果把com.User.User这个字符串放在外部，由传参或者配置文件给程序的话，程序就可以动态传入执行了。

Java程序在运行起来的时候，首先是经过javac编译成class字节码，然后再由jvm去解析执行。java还是一门静态类型语言，变量的类型在编译之前就需要提前确定，不然编译就通不过。这里就现在了程序的灵活性。比如上面的程序，实例化对象的类型是User，如果我们想改成User的子类WOMEN，就需要改代码重新编译。

介于静态语言的以上问题，很多静态语言就扩展出了反射机制，能够动态获取信息及动态调用对象方法。

反射API

java.lang.Class类

这个Class类其实就是前面说的，由JVM在类加载的时候自动创建的，这个类的实例保存了对于类中的方法和属性等信息。

一般反射时进行的操作是获取要反射类的Class对象，从而获取类型元数据（metadata），比如字段、属性、构造器、方法等，获取后并调用。

forName方法可以根据类的完全限定名称获取Class对象。会加载和连接，根据initialize参数决定是否初始化。(我们常用的不指定initialize就是默认初始化)
newInstance 创建此Class对象表示的类的新实例内部实现是调用的Constructor.newInstance方法
getClasses 获取在此Class对象对应的类型中声明的public类或接口成员的Class对象数组,包括从超类继承的public类和接口成员
getDeclaredClasses 获取在此Class对象对应的类型中声明的类或接口成员的Class对象数组,包括public, protected, default (package) access,private类和接口，但不包括继承的类和接口
getFields 获取此Class对象表示的类或接口的所有可访问public字段Field数组包括继承的
getDeclaredFields 获取此Class对象表示的类或接口的所有 public、protected、default（package）access和private字段Field数组不包括继承的
getField 获取此Class对象表示的类或接口的指定的可访问public字段Field对象会递归向父类、父接口查
getDeclaredField 获取此Class对象表示的类或接口的指定的public、protected、default（package）access和private字段Field对象不包括继承的
getMethods 获取该class对象表示的类或接口的所有public方法Method数组包括继承的
getDeclaredMethods 获取该class对象表示的类或接口的public, protected, default (package) access,private方法Method数组不包括继承的
getMethod 获取该class对象表示的类或接口的指定的public方法Method数组会递归向父类、父接口查
getDeclaredMethod 获取该class对象表示的类或接口的指定的public方法Method数组不包括继承的
getConstructors 获取这个class对象表示的类的所有public构造函数Constructor数组
getDeclaredConstructors 获取这个class对象表示的类的所有public、protected、default（package）access和private 构造函数Constructor数组
getConstructor 获取这个class对象表示的类的指定的public构造函数Constructor对象
getDeclaredConstructor 获取这个class对象表示的类的指定的public、protected、default（package）access和private 构造函数Constructor对象

java.lang.reflect 包

java.lang.reflect 包提供了反射中用到类，主要的类说明如下：

Constructor

获取Class对象中的构造方法

getConstructor 获取当前类或父类单个公共构造方法
getConstructors 获取当前类或父类所有公共构造方法
getDeclaredConstructor 获取当前类单个构造方法
getDeclaredConstructors 获取当前类所有构造方法

Method

获取Class对象中的方法

getMethod 获取当前类或父类单个公共方法
getMethods 获取当前类或父类所有公共方法
getDeclaredMethod 获取当前类单个方法
getDeclaredMethods 获取当前类所有方法
invoke 执行指定对象 obj 中的Method

Field

获取Class对象中的成员属性

getField 获取单个当前类或父类的public变量
getFields 获取当前类或父类的所有public变量
getDeclaredField 获取单个当前类的public、private、protected变量
getDeclaredFields 获取所有当前类的public、private、protected变量

使用反射

Class对象获取

首先，我们需要获取目标对象的一个Class对象。
Class这个类的对象（实例）的获取方式主要有4种：
PS：通常只用Class.forName。

第一种方法是通过类的全路径字符串获取 Class 对象，不需要事先import导入
第二种方法有限制条件：需要导入类的包；
第三种方法已经有了 new了对象，不再需要反射。多此一举。
第四种方法首先要获取个classLoader实例，之后再通过字符串获取Class对象。

Class对象实例获取

在成功获取到Class对象后，就需要操作这个对象，从而实现我们的目的了。而这首先就需要去获取对象的实例。
但在创建实例的时，由于类可能存在多个构造方法，因此在反射中针对不同的构造方法来创建实例的方式也是不一样的。
如图，目标类存在3种构造方法

公有无参构造方法

Class.newInstance()

公有含参构造方法（也可以调用无参构造器）

看这个方法名，就不难看出，这个是专门获取构造器的一个方法。因此它不局限于含参构造器。

Constructor  Class.getConstructor(Class<?>... parameterTypes)
Constructor[] getConstructors();

私有含参构造方法（也可以调用公有构造方法）

需要注意的是：调用非public的Constructor时，必须首先通过setAccessible(true)设置私有变为公有。并且setAccessible(true)可能会失败。

Constructor getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes);
Constructor[] getDeclaredConstructors();

Class对象成员方法获取

Method getMethod(name, Class…)：获取某个public的Method（包括父类）
Method getDeclaredMethod(name, Class…)：获取当前类的某个Method（不包括父类）
Method[] getMethods()：获取所有public的Method（包括父类）
Method[] getDeclaredMethods()：获取当前类的所有Method（不包括父类）

获取Method对象之后，可以调用如下函数：

1.getName()：返回方法名称，例如：”getScore”；

2.getReturnType()：返回方法返回值类型，也是一个Class实例，例如：String.class；

3.getParameterTypes()：返回方法的参数类型，是一个Class数组，例如：{String.class, int.class}；

4.getModifiers()：返回方法的修饰符，它是一个int，不同的bit表示不同的含义。

5.invoke(object,new Object[]{}) 调用执行方法

6.setAccessible() 设置private函数为public属性

获取公有成员方法

Method getMethod(name, Class…) //获取指定的方法
Method[] getMethods() //获取所有公有成员方法

获取私有方法

Method getDeclaredMethod(name, Class…)
Method[] getDeclaredMethods()

Class对象成员变量获取

Field getField(name)：根据字段名获取某个public的field（包括父类）
Field getDeclaredField(name)：根据字段名获取当前类的某个field（不包括父类）
Field[] getFields()：获取所有public的field（包括父类）
Field[] getDeclaredFields()：获取当前类的所有field（不包括父类）

可以通过上面的四种方法获取成员变量对象，下面就是要对成员变量对象做一些操作，目前支持的函数为

1.getName()：返回字段名称，例如，”name”；
2.getType()：返回字段类型，也是一个Class实例，例如，String.class；
3.getModifiers()：返回字段的修饰符，它是一个int，不同的bit表示不同的含义。
4.setAccessible(): 设置变量为public
5.set(): 设置字段值
6.get()：获取字段值

针对如图例子进行测试：

获取公有变量

Field Class.getField(name) //获取指定的公有变量

Field[] Class.getFields()//获取所有公有变量

获取私有变量

当目标成员变量为私有变量(private)时无法通过上述方法获取，需使用 getDeclaredFields或getDeclaredField获取目标私有成员变量

并且访问私有成员变量时需要将setAccessible设置为true,关闭安全检查后才可获取私有成员变量内容

注：getDeclaredFields或getDeclaredField并不是只用来获取private变量，public变量同样也获取到

getDeclaredField和getField区别

getDeclaredField只可获取类本身 public private protected成员属性
getField可获取类本身及父类的public成员属性

PS：用起来其实就是多了个setAccessible操作，其他都是和正常的一样的

获取父类私有变量（方法也可以用这个思路去获取）

那么这里问题来了，如果我们想要获取父类的私有方法怎么办呢？其实解决方法比较简单，就是通过反射获取父类对应的Class对象。

Class<?> superclass = sonClass.getSuperclass();

获取superclass对象后，按照需求调用以下函数

1.Field getDeclaredField(name)：根据字段名获取当前类的某个field（不包括父类）

2.Method getDeclaredMethod(name, Class…)：获取当前类的某个Method（不包括父类）

3.setAccessible(): 设置变量为public

其中setAccessible是必须被调用的为了修改其私有属性为public

小例子：利用反射执行Runtime

主要思路就是获取Class对象然后使用java.lang.reflect里提供的方法操作Class对象。

这里我们以java.lang.runtime为例。首先我们需要知道runtime有什么方法、是什么属性（公有私有）然后才能往下继续利用。

首先第一步是需要获取Class对象，即需要找到构造函数，构造实例，才能调用其他方法。

从源码我们可以看到，构造方法是私有方法，exec是公有方法。因此我们可以使用如下代码来利用反射执行命令。

再或者简短一点，因为Runtime类存在一个公有的getRuntime方法，能直接返回实例给我们。所以我们可以利用getRuntime这个方法直接一步到位，这样就跳过了私有构造器的获取。