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Java反射机制深入研究


 

  反射是Java语言的一个很重要的特征,它使得Java具体了“动态性”。

  在Java运行时环境中,对于任意一个类,能否知道这个类有哪些属性和方法?对于任意一个对象,能否调用它的任意一个方法?答案是肯定的。这种动态获取类的信息以及动态调用对象的方法的功能来自于Java 语言的反射(Reflection)机制。

  Java 反射机制主要提供了以下功能:

  在运行时判断任意一个对象所属的类。

  在运行时构造任意一个类的对象。

  在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法。

  在运行时调用任意一个对象的方法。

  Reflection 是Java被视为动态(或准动态)语言的一个关键性质。这个机制允许程序在运行时透过Reflection APIs取得任何一个已知名称的class的内部信息,包括其modifiers(诸如public, static 等等)、superclass(例如Object)、实现之interfaces(例如Serializable),也包括fields和methods的所有信息,并可于运行时改变fields内容或调用methods。

  一般而言,开发者社群说到动态语言,大致认同的一个定义是:“程序运行时,允许改变程序结构或变量类型,这种语言称为动态语言”。从这个观点看,Perl,Python,Ruby是动态语言,C++,Java,C#不是动态语言。

  尽管在这样的定义与分类下Java不是动态语言,它却有着一个非常突出的动态相关机制:Reflection。这个字的意思是“反射、映象、倒影”,用在Java身上指的是我们可以于运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。换句话说,Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class,获悉其完整构造(但不包括methods定义),并生成其对象实体、或对其fields设值、或唤起其methods。这种“看透class”的能力(the ability of the program to examine itself)被称为introspection(内省、内观、反省)。Reflection和introspection是常被并提的两个术语。

  在JDK中,主要由以下类来实现Java反射机制,这些类都位于java.lang.reflect包中:

  Class类:代表一个类。

  Field 类:代表类的成员变量(成员变量也称为类的属性)。

  Method类:代表类的方法。

  Constructor 类:代表类的构造方法。

  Array类:提供了动态创建数组,以及访问数组的元素的静态方法。

  下面给出几个例子看看Reflection API的实际运用:

  一、通过Class类获取成员变量、成员方法、接口、超类、构造方法等

  在java.lang.Object 类中定义了getClass()方法,因此对于任意一个Java对象,都可以通过此方法获得对象的类型。Class类是Reflection API 中的核心类,它有以下方法

  getName():获得类的完整名字。

  getFields():获得类的public类型的属性。

  getDeclaredFields():获得类的所有属性。

  getMethods():获得类的public类型的方法。

  getDeclaredMethods():获得类的所有方法。

  getMethod(String name, Class[] parameterTypes):获得类的特定方法,name参数指定方法的名字,parameterTypes 参数指定方法的参数类型。

  getConstructors():获得类的public类型的构造方法。

  getConstructor(Class[] parameterTypes):获得类的特定构造方法,parameterTypes 参数指定构造方法的参数类型。

  newInstance():通过类的不带参数的构造方法创建这个类的一个对象。

  下面给出一个综合运用的例子:

  public class RefConstructor {

  public static void main(String args[]) throws Exception {

  RefConstructor ref = new RefConstructor();

  ref.getConstructor();

  }

  public void getConstructor() throws Exception {

  Class c = null;

  c = Class.forName("java.lang.Long");

  Class cs[] = {java.lang.String.class};

  System.out.println(" ------------------------------- ");

  Constructor cst1 = c.getConstructor(cs);

  System.out.println("1、通过参数获取指定Class对象的构造方法:");

  System.out.println(cst1.toString());

  Constructor cst2 = c.getDeclaredConstructor(cs);

  System.out.println("2、通过参数获取指定Class对象所表示的类或接口的构造方法:");

  System.out.println(cst2.toString());

  Constructor cst3 = c.getEnclosingConstructor();

  System.out.println("3、获取本地或匿名类Constructor 对象,它表示基础类的立即封闭构造方法。");

  if (cst3 != null) System.out.println(cst3.toString());

  else System.out.println("-- 没有获取到任何构造方法!");

  Constructor[] csts = c.getConstructors();

  System.out.println("4、获取指定Class对象的所有构造方法:");

  for (int i = 0; i < csts.length; i++) {

  System.out.println(csts[i].toString());

  }

  System.out.println(" ------------------------------- ");

  Type types1[] = c.getGenericInterfaces();

  System.out.println("1、返回直接实现的接口:");

  for (int i = 0; i < types1.length; i++) {

  System.out.println(types1[i].toString());

  }

  Type type1 = c.getGenericSuperclass();

  System.out.println("2、返回直接超类:");

  System.out.println(type1.toString());

  Class[] cis = c.getClasses();

  System.out.println("3、返回超类和所有实现的接口:");

  for (int i = 0; i < cis.length; i++) {

  System.out.println(cis[i].toString());

  }

  Class cs1[] = c.getInterfaces();

  System.out.println("4、实现的接口");

  for (int i = 0; i < cs1.length; i++) {

  System.out.println(cs1[i].toString());

  }

  System.out.println(" ------------------------------- ");

  Field fs1[] = c.getFields();

  System.out.println("1、类或接口的所有可访问公共字段:");

  for (int i = 0; i < fs1.length; i++) {

  System.out.println(fs1[i].toString());

  }

  Field f1 = c.getField("MIN_VALUE");

  System.out.println("2、类或接口的指定已声明指定公共成员字段:");

  System.out.println(f1.toString());

  Field fs2[] = c.getDeclaredFields();

  System.out.println("3、类或接口所声明的所有字段:");

  for (int i = 0; i < fs2.length; i++) {

  System.out.println(fs2[i].toString());

  }

  Field f2 = c.getDeclaredField("serialVersionUID");

  System.out.println("4、类或接口的指定已声明指定字段:");

  System.out.println(f2.toString());

  System.out.println(" ------------------------------- ");

  Method m1[] = c.getMethods();

  System.out.println("1、返回类所有的公共成员方法:");

  for (int i = 0; i < m1.length; i++) {

  System.out.println(m1[i].toString());

  }

  Method m2 = c.getMethod("longValue", new Class[]{});

  System.out.println("2、返回指定公共成员方法:");

  System.out.println(m2.toString());

  }

  }

  输出结果:输出结果很长,这里不再给出。

  二、运行时复制对象

  例程ReflectTester 类进一步演示了Reflection API的基本使用方法。ReflectTester类有一个copy(Object object)方法,这个方法能够创建一个和参数object 同样类型的对象,然后把object对象中的所有属性拷贝到新建的对象中,并将它返回

  这个例子只能复制简单的JavaBean,假定JavaBean 的每个属性都有public 类型的getXXX()和setXXX()方法。

  public class ReflectTester {

  public Object copy(Object object) throws Exception {

  // 获得对象的类型

  Class classType = object.getClass();

  System.out.println("Class:" + classType.getName());

  // 通过默认构造方法创建一个新的对象

  Object objectCopy = classType.getConstructor(new Class[]{}).newInstance(new Object[]{});

  // 获得对象的所有属性

  Field fields[] = classType.getDeclaredFields();

  for (int i = 0; i < fields.length; i++) {

  Field field = fields[i];

  String fieldName = field.getName();

  String firstLetter = fieldName.substring(0, 1).toUpperCase();

  // 获得和属性对应的getXXX()方法的名字

  String getMethodName = "get" + firstLetter + fieldName.substring(1);

  // 获得和属性对应的setXXX()方法的名字

  String setMethodName = "set" + firstLetter + fieldName.substring(1);

  // 获得和属性对应的getXXX()方法

  Method getMethod = classType.getMethod(getMethodName, new Class[]{});

  // 获得和属性对应的setXXX()方法

  Method setMethod = classType.getMethod(setMethodName, new Class[]{field.getType()});

  // 调用原对象的getXXX()方法

  Object value = getMethod.invoke(object, new Object[]{});

  System.out.println(fieldName + ":" + value);

  // 调用拷贝对象的setXXX()方法

  setMethod.invoke(objectCopy, new Object[]{value});

  }

  return objectCopy;

  }

  public static void main(String[] args) throws Exception {

  Customer customer = new Customer("Tom", 21);

  customer.setId(new Long(1));

  Customer customerCopy = (Customer) new ReflectTester().copy(customer);

  System.out.println("Copy information:" + customerCopy.getId() + " " + customerCopy.getName() + " "

  + customerCopy.getAge());

  }

  }

  class Customer {

  private Long id;

  private String name;

  private int age;

  public Customer() {

  }

  public Customer(String name, int age) {

  this.name = name;

  this.age = age;

  }

  public Long getId() {

  return id;

  }

  public void setId(Long id) {

  this.id = id;

  }

  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;

  }

  }

  输出结果:

  Class:com.langsin.reflection.Customer

  id:1

  name:Tom

  age:21

  Copy information:1 Tom 21

  Process finished with exit code 0

  解说:

  ReflectTester 类的copy(Object object)方法依次执行以下步骤

  (1)获得对象的类型:

  Class classType=object.getClass();

  System.out.println("Class:"+classType.getName());

  (2)通过默认构造方法创建一个新对象:

  Object objectCopy=classType.getConstructor(new Class[]{}).newInstance(new Object[]{});

  以上代码先调用Class类的getConstructor()方法获得一个Constructor 对象,它代表默认的构造方法,然后调用Constructor对象的newInstance()方法构造一个实例。

  3)获得对象的所有属性:

  Field fields[]=classType.getDeclaredFields();

  Class 类的getDeclaredFields()方法返回类的所有属性,包括public、protected、默认和private访问级别的属性

  (4)获得每个属性相应的getXXX()和setXXX()方法,然后执行这些方法,把原来对象的属性拷贝到新的对象中

  三、用反射机制调用对象的方法

  public class InvokeTester {

  public int add(int param1, int param2) {

  return param1 + param2;

  }

  public String echo(String msg) {

  return "echo: " + msg;

  }

  public static void main(String[] args) throws Exception {

  Class classType = InvokeTester.class;

  Object invokeTester = classType.newInstance();

  // Object invokeTester = classType.getConstructor(new

  // Class[]{}).newInstance(new Object[]{});

  //获取InvokeTester类的add()方法

  Method addMethod = classType.getMethod("add", new Class[]{int.class, int.class});

  //调用invokeTester对象上的add()方法

  Object result = addMethod.invoke(invokeTester, new Object[]{new Integer(100), new Integer(200)});

  System.out.println((Integer) result);

  //获取InvokeTester类的echo()方法

  Method echoMethod = classType.getMethod("echo", new Class[]{String.class});

  //调用invokeTester对象的echo()方法

  result = echoMethod.invoke(invokeTester, new Object[]{"Hello"});

  System.out.println((String) result);

  }

  }

  在例程InvokeTester类的main()方法中,运用反射机制调用一个InvokeTester对象的add()和echo()方法

  add()方法的两个参数为int 类型,获得表示add()方法的Method对象的代码如下:

  Method addMethod=classType.getMethod("add",new Class[]{int.class,int.class});

  Method类的invoke(Object obj,Object args[])方法接收的参数必须为对象,如果参数为基本类型数据,必须转换为相应的包装类型的对象。invoke()方法的返回值总是对象,如果实际被调用的方法的返回类型是基本类型数据,那么invoke()方法会把它转换为相应的包装类型的对象,再将其返回。

  在本例中,尽管InvokeTester 类的add()方法的两个参数以及返回值都是int类型,调用add Method 对象的invoke()方法时,只能传递Integer 类型的参数,并且invoke()方法的返回类型也是Integer 类型,Integer 类是int 基本类型的包装类:

  Object result=addMethod.invoke(invokeTester,

  new Object[]{new Integer(100),new Integer(200)});

  System.out.println((Integer)result); //result 为Integer类型

  四、动态创建和访问数组

  java.lang.Array 类提供了动态创建和访问数组元素的各种静态方法。

  例程ArrayTester1 类的main()方法创建了一个长度为10 的字符串数组,接着把索引位置为5 的元素设为“hello”,然后再读取索引位置为5 的元素的值

  public class ArrayTester1 {

  public static void main(String args[]) throws Exception {

  Class classType = Class.forName("java.lang.String");

  // 创建一个长度为10的字符串数组

  Object array = Array.newInstance(classType, 10);

  // 把索引位置为5的元素设为"hello"

  Array.set(array, 5, "hello");

  // 获得索引位置为5的元素的值

  String s = (String) Array.get(array, 5);

  System.out.println(s);

  }

  }

  例程ArrayTester2 类的main()方法创建了一个 5 x 10 x 15 的整型数组,并把索引位置为[3][5][10] 的元素的值为设37。

  public class ArrayTester2 {

  public static void main(String args[]) {

  int[] dims = new int[]{5, 10, 15};

  //创建一个具有指定的组件类型和维度的新数组。

  Object array = Array.newInstance(Integer.TYPE, dims);

  Object arrayObj = Array.get(array, 3);

  Class cls = arrayObj.getClass().getComponentType();

  System.out.println(cls);

  arrayObj = Array.get(arrayObj, 5);

  Array.setInt(arrayObj, 10, 37);

  int arrayCast[][][] = (int[][][]) array;

  System.out.println(arrayCast[3][5][10]);

  }

  }

  深入认识Class类

  众所周知Java有个Object类,是所有Java类的继承根源,其内声明了数个应该在所有Java类中被改写的方法:hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中getClass()返回一个Class类的对象。

  Class类十分特殊。它和一般classes一样继承自Object,其实体用以表达Java程序运行时的classes和interfaces,也用来表达enum、array、primitive Java types

  (boolean, byte, char, short, int, long, float, double)以及关键词void。当一个class被加载,或当加载器(class loader)的defineClass()被JVM调用,JVM 便自动产生一个Class object。如果您想借由“修改Java标准库源码”来观察Class object的实际生成时机(例如在Class的constructor内添加一个println()),不能够!因为Class并没有public constructor

  Class是Reflection起源。针对任何您想探勘的class,唯有先为它产生一个Class object,接下来才能经由后者唤起为数十多个的Reflection APIs

  Java允许我们从多种途径为一个class生成对应的Class对象。参看本人的《 深入研究java.long.Class类 》一文。

  欲生成对象实体,在Reflection 动态机制中有两种作法,一个针对“无自变量ctor”,一个针对“带参数ctor”。如果欲调用的是“带参数ctor“就比较麻烦些,不再调用Class的newInstance(),而是调用Constructor 的newInstance()。首先准备一个Class[]做为ctor的参数类型(本例指定

  为一个double和一个int),然后以此为自变量调用getConstructor(),获得一个专属ctor。接下来再准备一个Object[] 做为ctor实参值(本例指定3.14159和125),调用上述专属ctor的newInstance()。

  动态生成“Class object 所对应之class”的对象实体;无自变量。

  这个动作和上述调用“带参数之ctor”相当类似。首先准备一个Class[]做为参数类型(本例指定其中一个是String,另一个是Hashtable),然后以此为自变量调用getMethod(),获得特定的Method object。接下来准备一个Object[]放置自变量,然后调用上述所得之特定Method object的invoke()。

  为什么获得Method object时不需指定回返类型?

  因为method overloading机制要求signature必须唯一,而回返类型并非signature的一个成份。换句话说,只要指定了method名称和参数列,就一定指出了一个独一无二的method。

  四、运行时变更field内容

  与先前两个动作相比,“变更field内容”轻松多了,因为它不需要参数和自变量。首先调用Class的getField()并指定field名称。获得特定的Field object之后便可直接调用Field的get()和set()。

  public class RefFiled {

  public double x;

  public Double y;

  public static void main(String args[]) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {

  Class c = RefFiled.class;

  Field xf = c.getField("x");

  Field yf = c.getField("y");

  RefFiled obj = new RefFiled();

  System.out.println("变更前x=" + xf.get(obj));

  //变更成员x值

  xf.set(obj, 1.1);

  System.out.println("变更后x=" + xf.get(obj));

  System.out.println("变更前y=" + yf.get(obj));

  //变更成员y值

  yf.set(obj, 2.1);

  System.out.println("变更后y=" + yf.get(obj));

  }

  }

  运行结果:

  变更前x=0.0

  变更后x=1.1

  变更前y=null

  变更后y=2.1

  Process finished with exit code 0

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