Java17反射修改私有Final字段方法

来到golang学习网的大家，相信都是编程学习爱好者，希望在这里学习文章相关编程知识。下面本篇文章就来带大家聊聊《Java 17反射修改私有Final字段详解》，介绍一下，希望对大家的知识积累有所帮助，助力实战开发！

Java 17对内部API的封装性进行了增强，导致传统反射方式修改`final static`字段时会遇到`NoSuchFieldException`。本文详细阐述了该问题的原因，并提供了一种在Java 17环境下通过更深层次的反射机制访问内部`modifiers`字段的解决方案，同时强调了必要的JVM启动参数配置及反射操作的注意事项。

引言

Java反射机制为开发者提供了在运行时检查和修改类、方法、字段的能力。这在某些特定场景下非常有用，例如框架开发、单元测试中模拟私有状态等。然而，随着Java平台模块化系统（Jigsaw项目）的引入和对内部API封装的加强，尤其是从Java 9开始，以及在后续版本如Java 17中的持续演进，直接通过反射访问和修改内部字段变得越来越困难。本文将聚焦于Java 17环境下，修改私有静态final字段时遇到的挑战及其解决方案。

Java 11及之前版本的反射修改方法

在Java 11及更早的版本中，修改一个类的私有静态final字段通常涉及以下步骤：

1. 获取目标字段的Field对象。
2. 设置该Field对象为可访问（setAccessible(true)）。
3. 通过反射获取Field类自身的modifiers字段，该字段存储了目标字段的修饰符信息。
4. 将modifiers字段设为可访问，然后通过位运算移除FINAL修饰符。
5. 最后，使用field.set(null, newValue)来修改静态字段的值。

以下是Java 11环境下可用的示例代码：

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Modifier;

public class ReflectionModifierJava11 {

    private static final String MY_CONSTANT = "Original Value";

    public static void setFinalStatic(Field field, Object newValue) throws Exception {
        field.setAccessible(true);
        // 获取Field类自身的modifiers字段
        Field modifiersField = Field.class.getDeclaredField("modifiers");
        modifiersField.setAccessible(true);
        // 移除FINAL修饰符
        modifiersField.setInt(field, field.getModifiers() & ~Modifier.FINAL);
        // 设置新值
        field.set(null, newValue);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("Before modification: " + MY_CONSTANT);
        Field field = ReflectionModifierJava11.class.getDeclaredField("MY_CONSTANT");
        setFinalStatic(field, "Modified Value Java 11");
        System.out.println("After modification: " + MY_CONSTANT);
    }
}

这段代码在Java 11中能够正常运行，并成功修改MY_CONSTANT的值。

Java 17中遇到的挑战

当尝试将上述代码在Java 17环境中运行时，会遇到java.lang.NoSuchFieldException: modifiers异常，具体堆栈信息如下：

java.lang.NoSuchFieldException: modifiers
    at java.base/java.lang.Class.getDeclaredField(Class.java:2610)
    // ...

即使尝试添加JVM参数--add-opens java.base/java.lang.reflect=ALL-UNNAMED，也无法解决此问题。

原因分析：

从Java 12开始，OpenJDK针对内部API的封装性进行了进一步加强。具体来说，java.lang.reflect.Field类中的modifiers字段不再是一个可以直接通过getDeclaredField("modifiers")访问的字段。这一变化是出于平台安全性和内部实现稳定性的考虑，旨在阻止开发者过度依赖和篡改Java运行时内部结构。相关的OpenJDL issue JDK-8210522 指出了这一变化。简而言之，modifiers字段在内部的表示方式发生了变化，或者其访问权限被收紧，导致传统的反射方法失效。

Java 17的解决方案与工作原理

为了在Java 17中实现对final static字段的修改，我们需要采用一种更为底层的反射方法来获取modifiers字段。解决方案的核心是利用Class类的一个内部方法getDeclaredFields0来获取所有声明的字段，然后从中筛选出名为"modifiers"的字段。

以下是Java 17环境下可用的解决方案代码：

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Modifier;

public class ReflectionModifierJava17 {

    private static final String MY_CONSTANT = "Original Value Java 17";

    public static void setFinalStatic(Field field, Object newValue) throws Exception {
        field.setAccessible(true);

        // 通过反射获取Class类中的getDeclaredFields0方法
        Method getDeclaredFields0 = Class.class.getDeclaredMethod("getDeclaredFields0", boolean.class);
        getDeclaredFields0.setAccessible(true);

        // 调用getDeclaredFields0方法获取Field类中所有声明的字段
        Field[] fields = (Field[]) getDeclaredFields0.invoke(Field.class, false);

        Field modifiersField = null;
        // 遍历找到名为"modifiers"的字段
        for (Field each : fields) {
            if ("modifiers".equals(each.getName())) {
                modifiersField = each;
                break;
            }
        }

        if (modifiersField == null) {
            throw new NoSuchFieldException("modifiers field not found in Field.class");
        }

        modifiersField.setAccessible(true);
        modifiersField.setInt(field, field.getModifiers() & ~Modifier.FINAL);
        field.set(null, newValue);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("Before modification: " + MY_CONSTANT);
        Field field = ReflectionModifierJava17.class.getDeclaredField("MY_CONSTANT");
        setFinalStatic(field, "Modified Value Java 17");
        System.out.println("After modification: " + MY_CONSTANT);
    }
}

工作原理：

1. 获取getDeclaredFields0方法： 我们不再直接调用Field.class.getDeclaredField("modifiers")。取而代之的是，通过Class.class.getDeclaredMethod("getDeclaredFields0", boolean.class)来获取Class类的一个内部方法getDeclaredFields0。这个方法是Java内部用来获取一个类所有声明字段的底层机制。
2. 设置可访问性： 获取到getDeclaredFields0方法后，同样需要调用getDeclaredFields0.setAccessible(true)来允许对其进行访问。
3. 调用getDeclaredFields0： 使用getDeclaredFields0.invoke(Field.class, false)来调用该方法，传入Field.class作为目标对象，false表示不获取公共字段。这将返回一个Field[]数组，其中包含了Field类内部所有的字段（包括那些不可直接通过getDeclaredField访问的）。
4. 遍历查找modifiers： 遍历这个Field[]数组，通过each.getName()找到名称为"modifiers"的字段。
5. 后续操作： 一旦找到modifiersField，后续的步骤与Java 11版本相同：将其设为可访问，然后通过位运算修改目标字段的修饰符，最后设置新值。

运行环境配置

要在Java 17环境中成功运行上述解决方案，必须添加特定的JVM启动参数，以开放对Java内部模块的反射访问权限。这是因为java.lang.reflect.Field类位于java.base模块中，而我们试图访问其内部结构。

所需的JVM参数如下：

--add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.lang.reflect=ALL-UNNAMED

• --add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED: 允许所有未命名模块的代码通过反射访问java.base模块中的java.lang包。这对于我们获取Class.class.getDeclaredMethod等操作至关重要。
• --add-opens java.base/java.lang.reflect=ALL-UNNAMED: 允许所有未命名模块的代码通过反射访问java.base模块中的java.lang.reflect包。这确保了我们可以访问Field类及其内部字段，包括通过getDeclaredFields0方法获取到的modifiers字段。

缺少这些参数中的任何一个，都可能导致在运行时遇到InaccessibleObjectException或类似错误。

注意

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