[일문일답][Java] Reflection의 개념 및 사용 방법

Reflection 이란?

리플렉션은 힙 영역에 로드된 Class 타입의 객체를 통해 원하는 클래스의 인스턴스를 생성할 수 있도록 지원하고, 인스턴스의 필드와 메소드를 접근 제어자와 상관 없이 사용할 수 있도록 지원하는 API이다.

여기서 로드된 클래스라고 함은, JVM의 클래스 로더에서 클래스 파일에 대한 로딩을 완료한 후 해당 클래스의 정보를 담은 Class 타입의 객체를 생성하여 메모리의 힙 영역에 저장해 둔 것을 의미한다. new 키워드를 통해 만드는 객체와는 다른 것임을 유의하자.

 

사용 방법

리플렉션을 사용하기에 앞서, 힙 영역에 로드된 클래스 타입의 객체를 가져와야 한다. 총 3가지 방법이 있다.

• 클래스 .class 로 가져오기
• 인스턴스 .getClass() 로 가져오기
• Class.forName("클래스명") 으로 가져오기

public class Human {

    private String name;
    protected int age;
    public String hobby;

    public Human() {
    }

    public Human(String name, int age, String hobby) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.hobby = hobby;
    }

    public void speak(String message) {
        System.out.println(message);
    }

    private void secret() {
        System.out.println("비밀번호는 0000");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Member{" +
                "name='" + name + "\'" +
                ", age='" + age + "\'" +
                ", hobby='" + hobby + "\'" +
                "}";
    }
}


@Test
void classInstance() throws ClassNotFoundException {
    Class<Human> humanClass = Human.class;
    System.out.println(System.identityHashCode(humanClass));

    Human human = new Human("Lee", 20, "개발");
    Class<? extends Human> humanClass2 = human.getClass();
    System.out.println(System.identityHashCode(humanClass2));

    Class<?> humanClass3 = Class.forName("패키지명.Human");
    System.out.println(System.identityHashCode(humanClass3));
}

// 실행결과
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3가지 방법으로 가져온 Class 타입의 인스턴스는 모두 같은 것을 확인할 수 있다. 어떤 방식을 사용하든 해시 값이 같으므로 상황에 따라 적절히 사용하면 된다.

이제 가져온 Class 타입을 통해 해당 클래스의 인스턴스를 생성할 수도 있고, 인스턴스의 필드와 메소드를 접근 제어자와 상관 없이 사용할 수 있게 되었다. 우선 해당 클래스의 인스턴스를 생성해보자.

 

@Test
void classInstanceTest() throws Exception {
    // Human의 모든 생성자 출력
    Human human = new Human();
    Class<? extends Human> humanClass = human.getClass();
    Arrays.stream(humanClass.getConstructors()).forEach(System.out::println);

    // Human의 기본 생성자를 통한 인스턴스 생성
    Constructor<? extends Human> constructor = humanClass.getConstructor();
    Human human2 = constructor.newInstance();
    System.out.println("human2 = " + human2);

    // Human의 다른 생성자를 통한 인스턴스 생성
    Constructor<? extends Human> fullConstructor = 
    	humanClass.getConstructor(String.class, int.class, String.class);
    Human human3 = fullConstructor.newInstance("Lee", 20, "개발");
    System.out.println("human3 = " + human3);
}

// 실행결과
public 패키지명.Human()
public 패키지명.Human(java.lang.String,int,java.lang.String)
human2 = Member{name='null', age='0', hobby='null'}
human3 = Member{name='Lee', age='20', hobby='개발'}

 

getConstructor() 를 통해 생성자를 얻어오고 newInstance() 를 통해 Human 인스턴스를 동적으로 생성해줄 수 있다.

마지막으로 인스턴스의 필드와 메소드를 접근 제어자와 상관 없이 사용해보자.

@Test
void accessTest() throws Exception {
    Human human = new Human("Lee", 20, "개발");
    Class<? extends Human> humanClass = human.getClass();

    // 필드 접근
    Field[] fields = humanClass.getDeclaredFields();
    for (Field field : fields) {
        field.setAccessible(true);
        System.out.println(field.get(human));
    }
    fields[0].set(human, "Choi");
    System.out.println(human);

    // 메소드 접근
    Method speakMethod = humanClass.getDeclaredMethod("speak", String.class);
    speakMethod.invoke(human, "리플렉션");

    Method secretMethod = humanClass.getDeclaredMethod("secret");
    secretMethod.setAccessible(true);
    secretMethod.invoke(human);
}

// 실행 결과
Lee
20
개발
Member{name='Choi', age='20', hobby='개발'}
리플렉션
비밀번호는 0000

getDeclaredFields() 를 통해 클래스의 인스턴스 변수를 모두 가져올 수 있다.

get() 을 통해 필드 값을 반환받을 수 있다. 

set() 을 통해 필드 값을 수정할 수 있는 것을 알 수 있다.

이 때, 주의할 점은 private 접근 제어자가 있는 필드에 접근할 때는 setAccessible() 의 인자를 true로 넘겨주어야 한다.

메소드도 getDeclaredMethod() 를 통해 메소드를 가져올 수 있다.

이 때, 메소드의 이름과 파라미터의 타입을 같이 인자로 넘겨줘야 한다.

마찬가지로 private 접근 제어자가 있는 메소드에 접근할 때는 setAccessible() 의 인자를 true로 설정해야 한다. 마지막으로 invoke() 메소드를 통해 리플렉션 API로 얻어 온 메소드를 호출할 수 있다.

 

 

장단점

• 장점
  • 런타임 시점에서 클래스의 인스턴스를 생성하고, 접근 제어자와 관계 없이 필드와 메소드에 접근하여 필요한 작업을 수행할 수 있는 유연성을 가지고 있다.
• 단점
  • 캡슐화를 저해한다.
  • 런타임 시점에서 인스턴스를 생성하므로 컴파일 시점에서 해당 타입을 체크할 수 없다.
  • 런타임 시점에서 인스턴스를 생성하므로 구체적인 동작 흐름을 파악하기 어렵다.
  • 단순히 필드 및 메소드를 접근할 때보다 리플렉션을 사용하여 접근할 때 성능이 느리다. (모든 상황에서 성능이 느리지는 않음.)

 

사용하는 이유

리플렉션 API를 통해 런타임 중 클래스 정보에 접근하여 클래스를 원하는 대로 조작할 수 있다. 심지어 private 접근 제어자로 선언한 필드나 메소드까지도 조작이 가능하다. 객체 지향 설계에서 중요한 캡슐화가 깨지므로 사용하면 안 될 기술처럼 보이는 부분도 있다.

규모가 작은 콘솔 단계에서는 개발자가 충분히 컴파일 시점에 프로그램에서 사용될 객체와 의존 관계를 모두 파악할 수 있다. 하지만, 프레임워크와 같이 큰 규모의 개발 단계에서는 수많은 객체와 의존 관계를 파악하기 어렵다. 이 때, 리플렉션을 사용하면 동적으로 클래스를 만들어서 의존 관계를 맺어줄 수 있다.

가령, Spring의 Bean Factory를 보면 @Controller, @Service, @Repository 등의 어노테이션만 붙이면 Bean Factory에서 알아서 해당 어노테이션이 붙은 클래스를 생성하고 관리해주는 것을 알 수 있다. 개발자는 Bean Factory에 해당 클래스를 알려준 적이 없는데 이것이 가능한 이유는 바로 리플렉션 덕분이다. 런타임에, 해당 어노테이션이 붙은 클래스를 탐색하고 발견한다면, 리플렉션을 통해 해당 클래스의 인스턴스를 생성하고 필요한 필드를 주입하여 Bean Factory에 저장하는 식으로 사용이 된다.

물론, 위에서 언급한 것처럼 캡슐화를 저해하므로 꼭 필요한 상황에서만 사용하는 것이 좋다.