详解Java反射机制

     反射是程序在运行状态下,动态的获取某个类的内部信息的一种操作。例如:类名,包名,所有属性的集合,所有方法的集合,构造方法的集合等。该操作发生在程序的运行时状态,所以编译器管不着有关反射的一些代码,通常只有在运行时才能暴露出程序的内部错误。反射的核心在于‘Class’这个类,本篇将从Class这个类开始介绍有关反射的一些基本的概念,主要内容如下:

  • 获取Class对象
  • 从Class对象中读取字段信息
  • 从Class对象中读取方法信息
  • 获取Class对象中的所有构造方法并使用它们动态创建类对象
  • 反射的一些其他细节

一、获取Class对象      此处的Class是一个具体的类(java.lang.Class),并不是我们自定义一个类时所使用的关键字class。这是一个泛型类,通常有两种方法可以获取该对象。第一种方式,使用类名.class来获取Class对象。

        Class<Integer> integerClass = int.class;
        Class<Double> doubleClass = double.class;
        Class<Character> characterClass = char.class;
        .......
        
        Class<Map> mapClass = Map.class;
        
        Class<String> stringClass = String.class;
        Class<Date> dateClass = Date.class;
        ........

无论是基本数据类型,还是一般的class类型,或是接口类型,都是可以通过.class的方式来获取与之对应的Class对象。第二中获取Class对象的方法是,通过getClass方法,当然不是所有类都提供了这个方法的,例如:Object类就提供这么一个方法:

public final native Class<?> getClass();

还有我们的数组类型:

int[] array = new int[23];
Class<?> arrayClass = array.getClass();

对于我们的基本数据类型来说,它们从根本上说并不属于任何一个类,所以它们只能通过第一种方式获取对应的Class对象。

     下面看看有关我们获取到的这个Class对象的一些基本信息。首先我们可以获取有关该Class对象的名称,包,父类,父接口等信息。

//获取该Class对象代表的类名
public String getName()

//获取该Class对象代表的类名,不包含包名
public String getSimpleName()

//获取该Class对象所代表的类的包名
public Package getPackage()

//获取该类继承的父类对象
public native Class<? super T> getSuperclass();

//获取该类实现的所有接口的集合
public Class<?>[] getInterfaces()

//获取修饰在该类上的访问修饰符
public native int getModifiers();

//获取该类中所有内部类的集合
public Class<?>[] getClasses()
............

还有一些有关注解的信息,由于之前在介绍注解的时候已经说明过,此处不再赘述。上面的这些方法的使用还是比较简单,此处不再演示。

二、获取Class对象中字段信息      类中的字段包括实例域和静态域。在Java反射机制中,使用Field类管理字段信息。

//获取该类中所有字段的集合(public修饰符修饰的)
public Field[] getFields()

//返回指定名称的字段(public修饰符修饰的)
public Field getField(String name)

//获取所有字段的集合,不包括从父类继承的(包括非public)
public Field[] getDeclaredFields()

//获取指定的字段,不包含从父类继承的(可以是非public)
public Field getDeclaredField(String name)

对以上四种获取字段Field的方法做一点说明,getFields或者getField方法可以看见该类所有的被public修饰的字段,包括从父类继承的,但是不可见非public修饰的字段。getDeclaredFields或者getDeclaredField方法可以看见该类所有的字段,包括非public修饰的,但是不可见父类中的字段。接下来,我们看看对获取到的field字段可以做哪些操作:

//获取该字段的名称
public String getName()

//获取该字段的访问修饰符
public int getModifiers()

//获取指定对象中的该字段的值
public Object get(Object obj)

//设置指定对象中该字段的值
public void set(Object obj, Object value)

//获取该字段的类型
public Class<?> getType() 

//判断当前程序是否具有访问该字段的权限
public boolean isAccessible()

//flag设为true表示忽略Java的访问检查机制,以允许读写非public的字段
public void setAccessible(boolean flag)
.......

对于以上的几个基本的方法,可以说见名知意,这里需要说明的是get和set方法,先看个例子:

   Class<Student> studentClass = Student.class;
   //这里的school是Student类中的一个属性
   Field f = studentClass .getDeclaredField("school");
   Student s = new Student();
   f.set(s,"yanSchool");
   System.out.println(f.get(s));
输出结果:yanSchool

这里的 f 代表了 school这个实例属性,如果别的类中有相同的属性,我们是可以通过 f为该属性赋值的,当然也可以从某个具有该属性的类中获取该属性的值,前提是具备目标类中的该属性的访问权限。上述的getModifiers返回的是int值,该值代表了一个修饰符,想要转换成我们能看懂的字符串的形式需要使用 Modifier.toString(int a)方法,将刚刚返回的int值作为参数传入即可。

三、获取Class对象的方法信息      无论是静态方法还是实例方法,在Java反射机制中都是使用Method这个类来管理的,一个方法对应于一个Method对象。先看怎么通过Class对象获取其中的方法。

//返回所有被public修饰的方法的集合,包括父类的
public Method[] getMethods()

//返回指定的被public修饰的方法,包括父类中的
public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)

//返回所有的方法的集合(可以有非public),不包括父类的
public Method[] getDeclaredMethods()

//返回本类中声明的指定名称和参数类型的方法
public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)

对于以上四个方法需要说明一点的是,getMethod或者getDeclaredMethod在获取指定方法的时候,需要传入该方法的形参类型,如果没有传入或者传入错误就会抛出NoSuchMethodException异常。因为方法名和方法参数类型(个数)是唯一确定一个方法的凭据。对于获取到的Method方法有以下一些操作:

//获取该方法的方法名
public String getName()

public int getModifiers()

//获取该方法的返回类型
public Class<?> getReturnType()

//获取所有参数的类型
public Class<?>[] getParameterTypes()

//获取方法声明抛出的异常类型
public Class<?>[] getExceptionTypes()

//将该方法在指定的对象上执行,有形参的需要传入形参值
public Object invoke(Object obj, Object... args)

....//还有一些有关注解的操作,此处不再赘述

上述方法中的invoke方法和之前介绍的字段的get/set方法一样,需要指定目的对象才能使用,因为他们只是代表了具体的一个字段或者一个方法。

public class Student extends People {

    public String school;

    private int sno;

    public void sayHello(String str){
        System.out.println("hello "+str);
    }

    public void sayHello(int s){
        System.out.println("my age is "+s);
    }
}
public static void main(String[] args){

    Class<Student> studentClass = Student.class;
   
    Method method  = studentClass.getMethod("sayHello",String.class);
    
    method.invoke(new Student(),"walker");
    }
输出结果:hello walker

四、获取构造方法和创建实例对象      一旦我们获取到了Class对象,我们就可以通过以下的方法进一步获取其中的构造方法,并使用它们创建一个实例对象。

//获取所有被public修饰的构造方法,不包含父类中的
public Constructor<?>[] getConstructors() 

//返回指定的构造方法,可以是非public修饰的
public Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) 

//返回所有的构造方法,可以包含非public修饰的
public Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() 

//获取指定的被pubic修饰的构造方法,不包含父类中的
public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)

以上的方法和之前介绍的字段Field,方法Method很是相似。下面我们看看如何使用Constructor做一些事情。

public String getName()

public int getModifiers()

public Class<?>[] getParameterTypes()

//创建该类的实例对象
public T newInstance(Object ... initargs)

........一些注解有关的信息,可以查看之前的文章

我们主要看看如何通过 newInstance 创建一个实例对象:

public class Student extends People {

    public String school;
    publicint sno;

    public Student(String school,int sno){
        this.school=school;
        this.sno = sno;
    }

    public void sayHello(String str){
        System.out.println("hello "+str);
    }

    public void sayHello(int s){
        System.out.println("my age is "+s);
    }
}
public static void main(String[] args){

        Class<Student> studentClass = Student.class;
        
        Constructor constructor = studentClass.getConstructor(String.class,int.class);

        Student s = (Student) constructor.newInstance("walker", 21);
        System.out.println(s.school+" "+s.sno);
    }
输出结果:walker 21

五、反射机制的一些细节      前面我们一直讨论的都是具体的类,我们可以从这些类中获取到字段,方法,构造器,注解等。java.lang.reflect包中对数组类型增添了专门的类Array来实现反射,这里的Array和数组中的Arrays是不同的。

//创建指定元素类型、指定长度的数组,
public static Object newInstance(Class<?> componentType, int length)

//创建多维数组
public static Object newInstance(Class<?> componentType, int... dimensions)

//获取数组array指定的索引位置index处的值
public static native Object get(Object array, int index)

//修改数组array指定的索引位置index处的值为value
public static native void set(Object array, int index, Object value)

//返回数组的长度
public static native int getLength(Object array)

我们可以通过Array类在运行时动态创建数组和操作数组中的元素,而不必想之前一样必须在编译之前完成数组的创建。需要注意的是此处返回的数组类型是Object而非Object[],那时因为前者可以转化成具体类型的数组,后者则不能。

至此,反射的基本内容介绍完了,我们应该知道,虽然反射很是灵活,可以动态的读取类的信息,动态的创建实例对象和数组等,但是没有了编译器的一层检查,很容易导致运行是异常。如果能够用接口来完成的,尽量使用接口来完成。

理解不到之处,还望大家不吝赐教!

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