java反射机制与动态代理（一）

于 2012-03-08 20:33:00 发布
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文章标签： java

前言，在Java运行时刻，能否知道一个类的属性方法并调用改动之？对于任意一个对象，能否知道他的所属类，并调用他的方法？答案是肯定的。这种动态的获取信息及动态调用方法的机制在Java中称为“反射”（reflection）。

Java反射机制主要提供以下功能：

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”。

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；

例程DateMethodsTest类演示了Reflection API的基本作用，它读取命令行参数指定的类名，然后打印这个类所具有的方法信息，代码如下：

Datemethodstest.java代码
  1. publicclassDateMethodsTest
  2. {
  3. publicstaticvoidmain(Stringargs[])throwsException
  4. {
  5. //加载并初始化命令行参数指定的类
  6. Class<?>classType=Class.forName("java.util.Date");
  7. //获得类的所有方法
  8. Methodmethods[]=classType.getDeclaredMethods();
  9. for(inti=0;i<methods.length;i++)
  10. {
  11. System.out.println(methods[i].toString());
  12. }
  13. }
  14. } 
public class DateMethodsTest
{
public static void main(String args[]) throws Exception
{
// 加载并初始化命令行参数指定的类
Class<?> classType = Class.forName("java.util.Date");
// 获得类的所有方法
Method methods[] = classType.getDeclaredMethods();
for (int i = 0; i < methods.length; i++)
{
System.out.println(methods[i].toString());
}
}
}

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，代码如下：

Reflecttester.java代码
  1. publicclassReflectTester{
  2. publicObjectcopy(Objectobject)throwsException{
  3. //获得对象的类型
  4. Class<?>classType=object.getClass();
  5. System.out.println("Class:"+classType.getName());
  7. //通过默认构造方法创建一个新的对象
  8. ObjectobjectCopy=classType.getConstructor(newClass[]{}).newInstance(newObject[]{});
  10. //获得对象的所有属性
  11. Fieldfields[]=classType.getDeclaredFields();
  13. for(inti=0;i<fields.length;i++){
  14. Fieldfield=fields[i];
  16. StringfieldName=field.getName();
  17. StringfirstLetter=fieldName.substring(0,1).toUpperCase();
  18. //获得和属性对应的getXXX()方法的名字
  19. StringgetMethodName="get"+firstLetter+fieldName.substring(1);
  20. //获得和属性对应的setXXX()方法的名字
  21. StringsetMethodName="set"+firstLetter+fieldName.substring(1);
  23. //获得和属性对应的getXXX()方法
  24. MethodgetMethod=classType.getMethod(getMethodName,newClass[]{});
  25. //获得和属性对应的setXXX()方法
  26. MethodsetMethod=classType.getMethod(setMethodName,newClass[]{field.getType()});
  28. //调用原对象的getXXX()方法
  29. Objectvalue=getMethod.invoke(object,newObject[]{});
  30. System.out.println(fieldName+":"+value);
  31. //调用拷贝对象的setXXX()方法
  32. setMethod.invoke(objectCopy,newObject[]{value});
  33. }
  34. returnobjectCopy;
  35. }
  37. publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{
  38. Customercustomer=newCustomer("Tom",21);
  39. customer.setId(newLong(1));
  41. CustomercustomerCopy=(Customer)newReflectTester().copy(customer);
  42. System.out.println("Copyinformation:"+customerCopy.getId()+""
  43. +customerCopy.getName()+""+customerCopy.getAge());
  44. }
  45. }
  47. classCustomer{
  48. privateLongid;
  50. privateStringname;
  52. privateintage;
  54. publicCustomer(){
  55. }
  57. publicCustomer(Stringname,intage){
  58. this.name=name;
  59. this.age=age;
  60. }
  62. publicLonggetId(){
  63. returnid;
  64. }
  66. publicvoidsetId(Longid){
  67. this.id=id;
  68. }
  70. publicStringgetName(){
  71. returnname;
  72. }
  74. publicvoidsetName(Stringname){
  75. this.name=name;
  76. }
  78. publicintgetAge(){
  79. returnage;
  80. }
  82. publicvoidsetAge(intage){
  83. this.age=age;
  84. }
  85. } 
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;
}
}

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());

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；

（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。

以上是一个反射（reflection）的比较详细的解说，当然真正工程上是不会这样麻烦的，这里是底层的讲解。

以下这个类运用反射机制调用其add()和echo()方法，代码如下：

Invoketester.java代码
  1. importjava.lang.reflect.Method;
  3. publicclassInvokeTester{
  4. publicintadd(intparam1,intparam2){
  5. returnparam1+param2;
  6. }
  8. publicStringecho(Stringmsg){
  9. return"echo:"+msg;
  10. }
  12. publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{
  13. Class<?>classType=InvokeTester.class;
  14. ObjectinvokeTester=classType.newInstance();
  16. //调用InvokeTester对象的add()方法
  17. MethodaddMethod=classType.getMethod("add",newClass[]{int.class,
  18. int.class});
  19. Objectresult=addMethod.invoke(invokeTester,newObject[]{
  20. newInteger(100),newInteger(200)});
  21. System.out.println((Integer)result);
  23. //调用InvokeTester对象的echo()方法
  24. MethodechoMethod=classType.getMethod("echo",
  25. newClass[]{String.class});
  26. result=echoMethod.invoke(invokeTester,newObject[]{"Hello"});
  27. System.out.println((String)result);
  28. }
  29. } 
import java.lang.reflect.Method;
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();
// 调用InvokeTester对象的add()方法
Method addMethod = classType.getMethod("add", new Class[] { int.class,
int.class });
Object result = addMethod.invoke(invokeTester, new Object[] {
new Integer(100), new Integer(200) });
System.out.println((Integer) result);
// 调用InvokeTester对象的echo()方法
Method echoMethod = classType.getMethod("echo",
new Class[] { String.class });
result = echoMethod.invoke(invokeTester, new Object[] { "Hello" });
System.out.println((String) result);
}
}

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。

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。下面的例子ArrayTester1.java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，代码如下：

Arraytester1.java代码
  1. importjava.lang.reflect.Array;
  3. publicclassArrayTester1
  4. {
  5. publicstaticvoidmain(Stringargs[])throwsException
  6. {
  7. Class<?>classType=Class.forName("java.lang.String");
  8. //创建一个长度为10的字符串数组
  9. Objectarray=Array.newInstance(classType,10);
  10. //把索引位置为5的元素设为"hello"
  11. Array.set(array,5,"hello");
  12. //获得索引位置为5的元素的值
  13. Strings=(String)Array.get(array,5);
  14. System.out.println(s);
  15. }
  16. } 
import java.lang.reflect.Array;
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);
}
}

Java API是个很好的帮助资料，大家可以查阅观看。比如说以上的例子：classType就是String类型的一个对象。通过Array类的newInstance(类型, 长度)创建了一个长度为10的，类型为String的Array数组。通过Array的get和set方法可以将字符串“hello”插进下标为5（实际上是Array中第六个元素）的“数组方块”中。

下面例子是一个复杂的多维数组例子，不过只要了解了一维数组，应该不难了解多维数组的。所谓多维数组只是下级数组作为一个“元素”存在于上级数组中。

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，代码如下：

Arraytester2.java代码
  1. importjava.lang.reflect.Array;
  3. publicclassArrayTester2
  4. {
  5. publicstaticvoidmain(Stringargs[])
  6. {
  7. int[]dims=newint[]{5,10,15};
  8. Objectarray=Array.newInstance(Integer.TYPE,dims);
  9. ObjectarrayObj=Array.get(array,3);
  10. Class<?>cls=arrayObj.getClass().getComponentType();
  11. System.out.println(cls);
  12. arrayObj=Array.get(arrayObj,5);
  13. Array.setInt(arrayObj,10,37);
  14. intarrayCast[][][]=(int[][][])array;
  15. System.out.println(arrayCast[3][5][10]);
  16. }
  17. } 
import java.lang.reflect.Array;
public class ArrayTester2
{
public static void main(String args[])
{
int[] dims = new int[] { 5, 10, 15 };
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]);
}
}

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 object。

（一）运用getClass()方法：

String str = "abc";

Class class = str.getClass();

（二）运用Class.getSuperclass()方法：

Button b = new Button();

Class c1 = b.getSuperclass();

Class c2 = c1.getSuperclass();

（三）运用静态方法Class.forName()，这个最常用：

Class c1 = Class.forName("java.lang.String");

Class c2 = Class.forName("java.util.Date");

（四）运用.class语法：

Class c1 = String.class;

Class c2 = java.awt.Button.class;

Class c3 = int.class;

Class C4 = int[].class;

（五）运用原始包装类的TYPE方法：

Class c1 = Integer.TYPE;

Class c2 = Character.TYPE;

Class c3 = Boolean.TYPE;

Class c4 = Void.TYPE;

通过这五种方法，可以生成我们想要的类对象。


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