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Java反射机制深入研究详解

itxm 2021年09月10日 编程语言 144 0
本文章主要介绍了Java反射机制深入研究,具有不错的的参考价值,希望对您有所帮助,如解说有误或未考虑完全的地方,请您留言指出,谢谢!

Java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。

Class<? super T> getSuperclass():返回本类的父类
Type getGenericSuperclass():返回本类的父类,包含泛型参数信息
Type[] getGenericInterfaces():以Type的形式返回本类直接实现的接口,这样就包含了泛型参数信息
Class[] getInterfaces():返回本类直接实现的接口.不包含泛型参数信息

下面给出一个综合运用的例子:

package com.ljq.test;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Type;

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(
" \n--------------构造器的使用-----------------\n " );
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.getDeclaredConstructors(); // 获取所有的构造器
Constructor[] csts = c.getConstructors(); // 获取public类型的构造器
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(
" \n--------------类型的使用-----------------\n " );
Type types1[]
= c.getGenericInterfaces(); // 获取实现的接口
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(); //// 获取父类
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: " );
System.out.println(
" length= " + cis.length);
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(
" 5、父类 " );
System.out.println(c.getSuperclass());

System.out.println(
" \n--------------成员变量的使用-----------------\n " );
Field fs1[]
= c.getFields(); // 获取PUBLIC类型的属性
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 " ); // 获取指定的属性
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(); // 获取所有的属性
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(
" \n--------------成员方法的使用-----------------\n " );
// Method m1[] = c.getDeclaredMethods();
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.getDeclaredMethod("longValue", new Class[]{});
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());
}
}

运行结果为:

-------------- 构造器的使用 -----------------

1 、通过参数获取指定Class对象的构造方法:
public java.lang.Long(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
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:
public java.lang.Long(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
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。
没有获取到任何构造方法!
4 、获取指定Class对象的所有构造方法:
public java.lang.Long(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
public java.lang.Long( long )

-------------- 类型的使用 -----------------

1 、返回直接实现的接口:
java.lang.Comparable
< java.lang.Long >
2 、返回直接超类:
class java.lang.Number
3 、返回超类和所有实现的接口:
length
= 0
4 、实现的接口
interface java.lang.Comparable
5 、父类
class java.lang.Number

-------------- 成员变量的使用 -----------------

1 、类或接口的所有可访问公共字段:
public static final long java.lang.Long.MIN_VALUE
public static final long java.lang.Long.MAX_VALUE
public static final java.lang.Class java.lang.Long.TYPE
public static final int java.lang.Long.SIZE
2 、类或接口的指定已声明指定公共成员字段:
public static final long java.lang.Long.MIN_VALUE
3 、类或接口所声明的所有字段:
public static final long java.lang.Long.MIN_VALUE
public static final long java.lang.Long.MAX_VALUE
public static final java.lang.Class java.lang.Long.TYPE
private final long java.lang.Long.value
public static final int java.lang.Long.SIZE
private static final long java.lang.Long.serialVersionUID
4 、类或接口的指定已声明指定字段:
private static final long java.lang.Long.serialVersionUID

-------------- 成员方法的使用 -----------------

1 、返回类所有的公共成员方法:
public int java.lang.Long.hashCode()
public static long java.lang.Long.reverseBytes( long )
public int java.lang.Long.compareTo(java.lang.Object)
public int java.lang.Long.compareTo(java.lang.Long)
public static java.lang.Long java.lang.Long.getLong(java.lang.String)
public static java.lang.Long java.lang.Long.getLong(java.lang.String, long )
public static java.lang.Long java.lang.Long.getLong(java.lang.String,java.lang.Long)
public boolean java.lang.Long.equals(java.lang.Object)
public static java.lang.String java.lang.Long.toString( long )
public static java.lang.String java.lang.Long.toString( long , int )
public java.lang.String java.lang.Long.toString()
public static java.lang.String java.lang.Long.toHexString( long )
public static java.lang.Long java.lang.Long.decode(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
public static java.lang.Long java.lang.Long.valueOf(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
public static java.lang.Long java.lang.Long.valueOf( long )
public static java.lang.Long java.lang.Long.valueOf(java.lang.String, int ) throws java.lang.NumberFormatException
public static long java.lang.Long.reverse( long )
public byte java.lang.Long.byteValue()
public double java.lang.Long.doubleValue()
public float java.lang.Long.floatValue()
public int java.lang.Long.intValue()
public long java.lang.Long.longValue()
public short java.lang.Long.shortValue()
public static int java.lang.Long.bitCount( long )
public static long java.lang.Long.highestOneBit( long )
public static long java.lang.Long.lowestOneBit( long )
public static int java.lang.Long.numberOfLeadingZeros( long )
public static int java.lang.Long.numberOfTrailingZeros( long )
public static long java.lang.Long.rotateLeft( long , int )
public static long java.lang.Long.rotateRight( long , int )
public static int java.lang.Long.signum( long )
public static java.lang.String java.lang.Long.toBinaryString( long )
public static java.lang.String java.lang.Long.toOctalString( long )
public static long java.lang.Long.parseLong(java.lang.String, int ) throws java.lang.NumberFormatException
public static long java.lang.Long.parseLong(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
public final void java.lang.Object.wait( long , int ) throws java.lang.InterruptedException
public final native void java.lang.Object.wait( long ) throws java.lang.InterruptedException
public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
public final native void java.lang.Object.notify()
public final native void java.lang.Object.notifyAll()
2 、返回指定公共成员方法:
public long java.lang.Long.longValue()

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。

package com.ljq.test;

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* 模拟运行时复制对象
*
*
@author jiqinlin
*
*/
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());
}

}
package com.ljq.test;

public 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;
}
}


运行结果为:

Class:com.ljq.test.Customer
id:
1
name:Tom
age:
21
Copy information:
1 Tom 21

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

package com.ljq.test;

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

/**
* 用反射机制调用对象的方法
*
*
@author jiqinlin
*
*/
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

package com.ljq.test;

import java.lang.reflect.Array;

/**
* 动态创建和访问数组
*
*
@author jiqinlin
*
*/
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);
}
}

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()。

package com.ljq.test; 
 
import java.lang.reflect.Field; 
 
/** 
 * 运行时变更field内容 
 *  
 * @author jiqinlin 
 * 
 */ 
public class RefField { 
    public double x; 
    public Double y; 
 
    public static void main(String args[]) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException { 
        Class c = RefField.class; 
        Field xf = c.getField("x"); 
        Field yf = c.getField("y"); 
 
        RefField obj =new RefField(); 
 
        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)); 
    } 
} 

  

运行结果为

变更前x = 0.0
变更后x
= 1.1
变更前y
= null
变更后y
= 2.1

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