JavaWeb代码审计实战之反射机制基础-代码详解版本

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一、Java反射基础

其实,在Java命令执行和Java数据库操作章节,我们就已经简单接触到Java反射了。

一是Java命令执行章节中,使用java.lang.ProcessImpl的话需要配合反射机制来执行命令。

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Class clazz = Class.forName("java.lang.ProcessImpl");
Method method = clazz.getDeclaredMethod("start", String[].class, Map.class, String.class, ProcessBuilder.Redirect[].class, boolean.class);
method.setAccessible(true);
Process process = (Process) method.invoke(null, cmds, null, ".", null, true);

二是Java数据库操作章节中,使用反射机制来注册Mysql驱动。

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// 注册驱动
Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");

本节我们就学习下Java反射机制的基础知识吧。

1、什么是反射?

Java的反射(reflection)机制是指在程序运行中,可以构造任意一个类的对象,可以了解任意一个对象所属的类,可以了解任意一个类的成员变量和方法,可以调用任意一个对象的属性和方法。 这种动态获取程序信息以及动态调用对象的功能称为Java语言的反射机制 。

反射机制允许我们在Java程序运行时检查,操作或者说获取任何类、接口、构造函数、方法和字段。还可以动态创建Java类实例、调用任意的类方法、修改任意的类成员变量值等操作。

在Java代码审计中学习反射机制,我们目的是可以利用反射机制操作目标方法执行系统命令。比如我们想要反射调用java.lang.runtime去执行系统命令。这个下面会讲到。

下面,通过代码案例来学习反射API,进一步理解反射机制。

2、创建练习项目工程

老规矩,先创建一个名为reflectdemo的项目工程,用于下面示例代码的练习。

①、打开IDEA,点击Create New Project,创建新的工程。

②、左侧选择Maven,配置默认即可,不选择任何模板,点击Next。

③、起个项目名称为reflectdemo,其他默认即可,点击Finish。

④、在Java目录下创建名为com.exampl.demo的包,并在demo包下再创建一个名为entity的包,最终目录结构如下图所示:

目录结构

3、获取Class对象

获取Class对象的方式有下面几种,:

  • 根据类名:类名.class
  • 根据对象:对象.getClass()
  • 根据全限定类名:Class.forName(全路径类名)
  • 通过类加载器获得class对象:ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass(“com.example.xxx”);

举个简单的例子。

①、我们在com.example.demo.entity下创建个User类,代码如下:

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public class User {
public String name = "power7089";
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String testStr) {
this.name = name;
}
}

User实体类

②、我们再com.example.demo先创建一个名为GetClass的类,用于演示获取User Class对象几种方式,代码如下:

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package com.example.demo;
import com.example.demo.entity.User;

public class GetClass {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
//1.通过类名.class
Class c1 = User.class;

//2.通过对象的getClass()方法
User user = new User();
Class c2 = user.getClass();

//3.通过 Class.forName()获得Class对象;
Class c3 = Class.forName("com.example.demo.entity.User");

//4.通过类加载器获得class对象
ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
Class c4 = classLoader.loadClass("com.example.demo.entity.User");

System.out.println(c1);
System.out.println(c2);
System.out.println(c3);
System.out.println(c4);
}
}

getclass类代码

动手操作调试,观察运行结果,并加以思考。

那他们几个有什么需要注意的呢?

  • 类名.class:需要导入类的包。
  • 对象.getClass():初始化对象后,其实不需要再使用反射了。
  • Class.forName(全路径类名):需要知道类的完整全路径,这是我们常使用的方法。
  • 通过类加载器获得class对象:ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass(“com.example.xxx”);

Class.forName()获取class对象方法是常用的一种方式,下面所有示例代码我们都使用Class.forName()这个方法来获取Class对象。

在获取到目标Class对象后,我们可以做的事就多了,下面我们通过示例代码进一步演示。

4、Java反射API

Java提供了一套反射API,该API由Class类与java.lang.reflect类库组成。

该类库包含了FieldMethodConstructor等类。

java.lang.reflect官方文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/reflect/package-summary.html

(这部分的官方文档我都是给的java8的,大家可以将路径中的数字8改为7,9,10等,这几个版本会有不同的地方大家可自行比对学习)


:warning:在进行下面练习前,首先我们需要在com.example.demo下新建一个名为reflectdemo的包,并新建一个名为UserInfo的Java Class,并键入一下代码,最终如下图所示:

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package com.example.demo.reflectdemo;

public class UserInfo {
private String name;
public int age;

public UserInfo() { }

private UserInfo(String name) {
this.name = name;
}

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

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

private String introduce() {
return "我叫" + name + ",今年" + age + "岁了!";
}

public String sayHello() {
return "Hello!我叫[" + name + "]";
}

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

userinfo类代码

4.1、java.lang.Class

用来描述类的内部信息,Class的实例可以获取类的包、注解、修饰符、名称、超类、接口等。

官方文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Class.html

方法名 释义
getPackage() 获取该类的包
getDeclaredAnnotations() 获取该类上所有注解
getModifiers() 获取该类上的修饰符
getName() 获取类名称
getSimpleName() 获取简单类名称
getGenericSuperclass() 获取直属超类
getGenericInterfaces() 获取直属实现的接口
newInstance() 根据构造函数创建一个实例
更多方法可查看官方文档……

4.1.1、示例代码

①、在创建com.example.demo.reflectdemo下创建一个名为ClassDemo的Java Class,并键入以下代码,最终如下图所示:

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package com.example.demo.reflectdemo;
import java.lang.reflect.Modifier;

/**
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*/
public class ClassDemo {

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Class clazz = Class.forName("com.example.demo.reflectdemo.UserInfo");
// 获取该类所在包路径
Package aPackage = clazz.getPackage();
System.out.println("getPackage运行结果:" + aPackage);

// 获取类上的修饰符
int modifiers = clazz.getModifiers();
String modifier = Modifier.toString(modifiers);
System.out.println("getModifiers运行结果:" + modifier);

// 获取类名称
String name = clazz.getName();
System.out.println("getName运行结果:" + name);
// 获取简单类名
String simpleName = clazz.getSimpleName();
System.out.println("getSimpleName运行结果:" + simpleName);
}
}

classdemo代码

运行结果如下图所示:

classdemo运行结果

4.2、java.lang.reflect.Field

提供了类的属性信息。可以获取属性上的注解、修饰符、属性类型、属性名等。

官方文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/reflect/Field.html

方法名 释义
getField(“xxx”) 获取目标类中声明为 public 的属性
getFields() 获取目标类中所有声明为 public 的属性
getDeclaredField(“xxx”) 获取目标类中声明的属性
getDeclaredFields() 获取目标类中所有声明的属性
更多方法可查看官方文档……

4.2.1、示例代码

①、在创建com.example.demo.reflectdemo下创建一个名为FieldDemo的Java Class,并键入以下代码,最终如下图所示:

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package com.example.demo.reflectdemo;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Modifier;

public class FieldDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
Class<?> clazz = Class.forName("com.example.demo.reflectdemo.UserInfo");

// 获取一个该类或父类中声明为 public 的属性
Field field1 = clazz.getField("age");
System.out.println("getField运行结果:" + field1);

// 获取该类及父类中所有声明为 public 的属性
Field[] fieldArray1 = clazz.getFields();
for (Field field : fieldArray1) {
System.out.println("getFields运行结果:" + field);
}

// 获取一个该类中声明的属性
Field field2 = clazz.getDeclaredField("name");
System.out.println("getDeclaredField运行结果:" + field2);

// 获取某个属性的修饰符(该示例为获取上面name属性的修饰符)
String modifier = Modifier.toString(field2.getModifiers());
System.out.println("getModifiers运行结果: " + modifier);

// 获取该类中所有声明的属性
Field[] fieldArray2 = clazz.getDeclaredFields();
for (Field field : fieldArray2) {
System.out.println("getDeclaredFields运行结果:" + field);
}
}
}

fielddemo代码

运行结果如下图所示:

fielddemo运行结果

4.3、java.lang.reflect.Method

提供了类的方法信息。可以获取方法上的注解、修饰符、返回值类型、方法名称、所有参数。

官方文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/reflect/Method.html

方法名 释义
getMethod(“setAge”, String.class) 获取目标类及父类中声明为 public 的方法,需要指定方法的入参类型
getMethods() 获取该类及父类中所有声明为 public 的方法
getDeclaredMethod() 获取一个在该类中声明的方法
getDeclaredMethods() 获取所有在该类中声明的方法
getParameters() 获取所有传参
更多方法可查看官方文档……

4.3.1、示例代码

①、在创建com.example.demo.reflectdemo下创建一个名为MethodDemo的Java Class,并键入以下代码,最终如下图所示:

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package com.example.demo.reflectdemo;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Parameter;

public class MethodDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
Class<?> clazz = Class.forName("com.example.demo.reflectdemo.UserInfo");

// 获取一个该类及父类中声明为 public 的方法,需要指定方法的入参类型
Method method = clazz.getMethod("setName", String.class);
System.out.println("01-getMethod运行结果:" + method);

// 获取所有入参
Parameter[] parameters = method.getParameters();
for (Parameter temp : parameters) {
System.out.println("getParameters运行结果 " + temp);
}

// 获取该类及父类中所有声明为 public 的方法
Method[] methods = clazz.getMethods();
for (Method temp : methods) {
System.out.println("02-getMethods运行结果:" + temp);
}

// 获取一个在该类中声明的方法
Method declaredMethod = clazz.getDeclaredMethod("getName");
System.out.println("03-getDeclaredMethod运行结果:" + declaredMethod);

// 获取所有在该类中声明的方法
Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
for (Method temp : declaredMethods) {
System.out.println("04-getDeclaredMethods运行结果:" + temp);
}
}
}

methoddemo代码

运行结果如下图所示:

methoddemo运行结果

4.4、java.lang.reflect.Modifier

提供了访问修饰符信息。通过ClassFieldMethodConstructor等对象都可以获取修饰符,这个访问修饰符是一个整数,可以通过Modifier.toString方法来查看修饰符描述。并且该类提供了一些静态方法和常量来解码访问修饰符。

官方文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/reflect/Modifier.html

方法名 释义
getModifiers() 获取类的修饰符值
getDeclaredField(“username”).getModifiers() 获取属性的修饰符值
更多方法可查看官方文档……

4.4.1、示例代码

①、在创建com.example.demo.reflectdemo下创建一个名为ModifierDemo的Java Class,并键入以下代码,最终如下图所示:

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package com.example.demo.reflectdemo;
import java.lang.reflect.Modifier;

/**
* 编号7089
*/
public class ModifierDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
Class<?> clazz = Class.forName("com.example.demo.reflectdemo.UserInfo");

// 获取类的修饰符值
int modifiers1 = clazz.getModifiers();
System.out.println("获取类的修饰符值getModifiers运行结果:" + modifiers1);

// 获取属性的修饰符值
int modifiers2 = clazz.getDeclaredField("name").getModifiers();
System.out.println("获取属性的修饰符值getModifiers运行结果:" + modifiers2);

// 获取方法的修饰符值
int modifiers4 = clazz.getDeclaredMethod("setName", String.class).getModifiers();
System.out.println("获取方法的修饰符值getModifiers运行结果:" + modifiers4);

// 根据修饰符值,获取修饰符标志的字符串
String modifier = Modifier.toString(modifiers1);
System.out.println("获取类的修饰符值的字符串结果:" + modifier);
System.out.println("获取属性的修饰符值字符串结果:" + Modifier.toString(modifiers2));
}
}

Modifierdemo代码

运行结果如下图所示:

Modifierdemo运行结果

4.5、java.lang.reflect.Constructor

提供了类的构造函数信息。可以获取构造函数上的注解信息、参数类型等。

官方文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/reflect/Constructor.html

方法名 释义
getConstructor() 获取一个声明为 public 构造函数实例
getConstructors() 获取所有声明为 public 构造函数实例
getDeclaredConstructor() 获取一个声明的构造函数实例
getDeclaredConstructors() 获取所有声明的构造函数实例
更多方法可查看官方文档……

4.5.1、示例代码

①、在创建com.example.demo.reflectdemo下创建一个名为ConstructorDemo的Java Class,并键入以下代码,最终如下图所示:

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package com.example.demo.reflectdemo;
import java.lang.reflect.Constructor;
public class ConstructorDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
Class<?> clazz = Class.forName("com.example.demo.reflectdemo.UserInfo");

// 获取一个声明为 public 构造函数实例
Constructor<?> constructor1 = clazz.getConstructor(String.class,int.class);
System.out.println("1-getConstructor运行结果:" + constructor1);
// 根据构造函数创建一个实例
Object c1 = constructor1.newInstance("power7089",18);
System.out.println("2-newInstance运行结果: " + c1);

// 获取所有声明为 public 构造函数实例
Constructor<?>[] constructorArray1 = clazz.getConstructors();
for (Constructor<?> constructor : constructorArray1) {
System.out.println("3-getConstructors运行结果:" + constructor);
}
// 获取一个声明的构造函数实例
Constructor<?> constructor2 = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
System.out.println("4-getDeclaredConstructor运行结果:" + constructor2);
// 将构造函数的可访问标志设为 true 后,可以通过私有构造函数创建实例
constructor2.setAccessible(true);
Object o2 = constructor2.newInstance("Power7089666");
System.out.println("5-newInstance运行结果:" + o2);

// 获取所有声明的构造函数实例
Constructor<?>[] constructorArray2 = clazz.getDeclaredConstructors();
for (Constructor<?> constructor : constructorArray2) {
System.out.println("6-getDeclaredConstructors运行结果:" + constructor);
}
}
}

ConstructorDemo代码

运行结果如下图所示:

ConstructorDemo代码运行结果

4.6、java.lang.reflect.Parameter

提供了方法的参数信息。可以获取方法上的注解、参数名称、参数类型等。

官方文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/reflect/Parameter.html

方法名 释义
getParameters() 获取构造函数/方法的参数
更多方法可查看官方文档……

4.7、java.lang.reflect.AccessibleObject

FieldMethodConstructor类的超类。该类提供了对类、方法、构造函数的访问控制检查的能力(如:私有方法只允许当前类访问)。

访问检查在设置/获取属性、调用方法、创建/初始化类的实例时执行。

方法名 释义
setAccessible() 将可访问标志设为true(默认为false),会关闭访问检查。这样即使是私有的属性、方法或构造函数,也可以访问。

4.7.1、示例代码

可以看ConstructorDemo类代码,涉及到了setAccessible(),如下:

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// 获取一个声明的构造函数实例
Constructor<?> constructor2 = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);
System.out.println("4-getDeclaredConstructor运行结果:" + constructor2);
// 将构造函数的可访问标志设为 true 后,可以通过私有构造函数创建实例
constructor2.setAccessible(true);
Object o2 = constructor2.newInstance("Power7089666");
System.out.println("5-newInstance运行结果:" + o2);

5、常用方法整理

1、getMethod()

getMethod()方法获取的是当前类中所有公共(public)方法。包括从父类里继承来的方法。

2、getDeclaredMethod()

getDeclaredMethod()系列方法获取的是当前类中“声明”的方法,包括private,protected和public,不包含从父类继承来的方法。

3、getConstructor()

getConstructor()方法获取的是当前类声明为公共(public)构造函数实例。

4、getDeclaredConstructor()

getDeclaredConstructor() 方法获取的是当前类声明的构造函数实例,包括private,protected和public。

5、setAccessible()

在获取到私有方法或构造方法后,使用setAccessible(true);,改变其作用域,这样及时私有的属性,方法,构造函数也都可以访问调用了。

6、newInstance()

将获取到的对象实例化。调用的是这个类的无参构造函数。

使用 newInstance 不成功的话可能是因为:①、你使用的类没有无参构造函数,②、你使用的类构造函数是私有的。

7、invoke()

调用包装在当前Method对象中的方法。

invoke传参如下图所示:

invoke传参

二、Java反射到命令执行

学习ava反射机制,其实我们更关心如何利用Java反射实现命令执行。下面举例讲解下Java反射命令执行的几种情况。

:warning: 首先在com.example.demo下新建一个名为codeexec的包。用于命令执行示例代码的编写调试。最终目录如下图所示:

codeexec包

1、反射之Java.lang.Runtime

下面是两种通过反射java.lang.Runtime来达到命令执行的方式。

1.1、方式一:通过getMethod

由于java.lang.Runtime类的构造函数是私有的,因此不能直接使用newInstance() 创建一个实例。

那为什么这个类的构造函数会是私有的呢?

这涉及到一个“单例模式”的概念。举个例子:我们在链接数据库时只有最开始链接一次,而不是用一次链接一次,如果这样的话,资源消耗太大了。

因此可以将类的构造函数设为私有,再通过静态方法来获取。

由于java.lang.Runtime使用了单例模式,我们可以通过Runtime.getRuntime()来获取Runtime对象。

先看一段代码:

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Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.Runtime");
Method execMethod = clazz.getMethod("exec", String.class);
Method getRuntimeMethod = clazz.getMethod("getRuntime");
Object runtime = getRuntimeMethod.invoke(clazz);
execMethod.invoke(runtime, "calc.exe");

简单解读:

首先通过Class.forName获取java.lang.Runtime。

接下来通过getMethod()方法获exec方法,在java命令执行章节中我们了解到,exec()方法有六种调用方式(重载),我们选择最简单的String方式,则getMethod方法我们设定的入参方式为String.class

然后获取getRuntime方法后,使用invoke执行方法。

最后在通过invoke方法调用runtime对象执行命令。

将上述代码可以简化如下,简化前后有什么区别?大家可自行调试一下,观察不同。

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Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.Runtime");
clazz.getMethod("exec",String.class).invoke(clazz.getMethod("getRuntime").invoke(clazz),"calc.exe");

①、在com.example.demo.codeexec下新建以及各名为RuntimeGetMethod的Java Class,并键入以上代码,最终如下图所示:

RuntimeGetMethod

上述两种方式代码,自行调试运行观察结果。

1.2、方式二:通过getDeclaredConstructor

如果方法或构造函数是私有的,我们可以使用getDeclaredMethodgetDeclaredConstructor来获取执行。

在这里,java.lang.Runtime的构造函数为私有的,因此我们可以使用 getDeclaredConstructor方法获取java.lang.Runtime并执行。

先看一段代码:

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Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.Runtime");
Constructor m = clazz.getDeclaredConstructor();
m.setAccessible(true);
Method c1 = clazz.getMethod("exec", String.class);
c1.invoke(m.newInstance(), "calc.exe");

简单解读:

首先通过Class.forName获取java.lang.Runtime。

接下来通过getDeclaredConstructor获取构造函数。

通过setAccessible(true)设置改变作用域,让我们可以调用他的私有构造函数。

调用exec方法,入参设置为String.class

最后使用Invoke执行方法。

①、在com.example.demo.codeexec下新建以及各名为RuntimeGetDeclaredConstructor的Java Class,并键入以上代码,最终如下图所示:

RuntimeGetDeclaredConstructor代码

自行调试运行观察结果。

2、反射之java.lang.ProcessBuilder

如果一个类没有无参构造方法,也没有类似单例模式里的静态方法,我们可以通过getConstructor()方法实例化该类。当然也可以使用getDeclaredConstructor()方法。

java.lang.ProcessBuilder有两个构造函数,构造函数也是支持重载的。如下图所示:

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ProcessBuilder(List<String> command)
ProcessBuilder(String... command)

两个构造函数

在Java命令执行章节,我们了解到java.lang.ProcessBuilder使用start()方法执行命令。

我们以ProcessBuilder(List<String> command)为例。进行讲解。

①、在com.example.demo.codeexec下新建以及各名为ProcessBuilderGetConstructor的Java Class,并键入以下代码,最终如下图所示:

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package com.example.demo.codeexec;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class ProcessBuilderGetConstructor {
public static void main(String[] args) throws Exception{
Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.ProcessBuilder");
Object object = clazz.getConstructor(List.class).newInstance(Arrays.asList("calc.exe"));
clazz.getMethod("start").invoke(object,null);
}
}

ProcessBuilderGetConstructor代码

写法:

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Class clazz = Class.forName("java.lang.ProcessBuilder");
((ProcessBuilder)
clazz.getConstructor(List.class).newInstance(Arrays.asList("calc.exe"))).star
t();
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Class clazz = Class.forName("java.lang.ProcessBuilder");
clazz.getMethod("start").invoke(clazz.getConstructor(List.class).newInstance(
Arrays.asList("calc.exe")));

大家自行运行观察分析结果。

:warning:注意:

在开头我们介绍引入的是反射调用java.lang.ProcessImpl,代码如下。留个作业,大家自行调试,将分析结果形成文档提交到本章节对应的作业处“【第一阶段】Java代码审计之基础篇作业”。

反射这节基础很重要,希望大家能够积极练习,并记录笔记提交到对应的作业处。

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Class clazz = Class.forName("java.lang.ProcessImpl");
Method method = clazz.getDeclaredMethod("start", String[].class, Map.class, String.class, ProcessBuilder.Redirect[].class, boolean.class);
method.setAccessible(true);
Process process = (Process) method.invoke(null, cmds, null, ".", null, true);

至此,Java反射机制知识点到这就结束了。

本章节提到了一些特殊场景以及解决方法。

当然在实际中,我们会遇见各种情况,加以分析,再配合掌握的这些函数方法后,可以更好的解决应对。


JavaWeb代码审计实战之反射机制基础-代码详解版本
http://example.com/2022/08/22/JavaWeb代码审计实战之反射机制基础-代码详解版本/
作者
Power7089
发布于
2022年8月22日
许可协议