Java中的RTTI与反射机制

最新推荐文章于 2022-06-19 19:25:24 发布

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本文深入探讨了Java中的运行时类型识别（RTTI）和反射机制的工作原理，包括Class对象的作用、RTTI的三种形式以及反射在基于构件编程和远程对象调用中的应用。文章详细解释了如何在运行时获取类信息、访问类成员，并通过实例展示了反射机制在Java中的具体实现。

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运行时类型识别(Run-time Type Identification, RTTI)主要有两种方式，一种是我们在编译时和运行时已经知道了所有的类型，另外一种是功能强大的“反射”机制。

要理解RTTI在Java中的工作原理，首先必须知道类型信息在运行时是如何表示的，这项工作是由“Class对象”完成的，它包含了与类有关的信息。类是程序的重要组成部分，每个类都有一个Class对象，每当编写并编译了一个新类就会产生一个Class对象，它被保存在一个同名的.class文件中。在运行时，当我们想生成这个类的对象时，运行这个程序的Java虚拟机(JVM)会确认这个类的Class对象是否已经加载，如果尚未加载，JVM就会根据类名查找.class文件，并将其载入，一旦这个类的Class对象被载入内存，它就被用来创建这个类的所有对象。一般的RTTI形式包括三种：

1.传统的类型转换。如“(Apple)Fruit”，由RTTI确保类型转换的正确性，如果执行了一个错误的类型转换，就会抛出一个 ClassCastException异常。

2.通过Class对象来获取对象的类型。如

Class c = Class.forName(“Apple”);

Object o = c.newInstance();

3.通过关键字instanceof或Class.isInstance()方法来确定对象是否属于某个特定类型的实例，准确的说，应该是 instanceof / Class.isInstance()可以用来确定对象是否属于某个特定类及其所有基类的实例，这和equals() / ==不一样，它们用来比较两个对象是否属于同一个类的实例，没有考虑继承关系。

反射

如果不知道某个对象的类型，可以通过RTTI来获取，但前提是这个类型在编译时必须已知，这样才能使用RTTI来识别。即在编译时，编译器必须知道所有通过RTTI来处理的类。

使用反射机制可以不受这个限制，它主要应用于两种情况，第一个是“基于构件的编程”，在这种编程方式中，将使用某种基于快速应用开发(RAD)的应用构建工具来构建项目。这是现在最常见的可视化编程方法，通过代表不同组件的图标拖动到图板上来创建程序，然后设置构件的属性值来配置它们。这种配置要求构件都是可实例化的，并且要暴露其部分信息，使得程序员可以读取和设置构件的值。当处理GUI时间的构件时还必须暴露相关方法的细细，以便RAD环境帮助程序员覆盖这些处理事件的方法。在这里，就要用到反射的机制来检查可用的方法并返回方法名。Java通过JavaBeans提供了基于构件的编程架构。

第二种情况，在运行时获取类的信息的另外一个动机，就是希望能够提供在跨网络的远程平台上创建和运行对象的能力。这被成为远程调用(RMI)，它允许一个 Java程序将对象分步在多台机器上，这种分步能力将帮助开发人员执行一些需要进行大量计算的任务，充分利用计算机资源，提高运行速度。

Class支持反射，java.lang.reflect中包含了Field/Method/Constructor类，每个类都实现了Member接口。这些类型的对象都是由JVM在运行时创建的，用来表示未知类里对应的成员。如可以用Constructor类创建新的对象，用get()和set() 方法读取和修改与Field对象关联的字段，用invoke()方法调用与Method对象关联的方法。同时，还可以调用getFields()、 getMethods()、getConstructors()等方法来返回表示字段、方法以及构造器的对象数组。这样，未知的对象的类信息在运行时就能被完全确定下来，而在编译时不需要知道任何信息。

另外，RTTI有时能解决效率问题。当程序中使用多态给程序的运行带来负担的时候，可以使用RTTI编写一段代码来提高效率。

来自：http://hi.baidu.com/heroqt/blog/item/2ab1247f7450800528388a91.html

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RTTI & Reflection

一、RTTI(RunTime Type Indentification)运行时类型识别，顾名思义，指的是在运行时如何判断对象类型的一种机制。

先来看一下，什么场合下使用RTTI。

1）向下转型（downcasting），父类对象引用转型赋值给子类引用

2）通过instanceof判断一个对象的类型

1.1向下转型（downcasting）

((Square)square)进行了向下转型，在运行时会进行检查，如果此次转型无效，JVM会抛出ClassCastException。

1.2instanceof

关键字instanceof可以检查某一对象是否是某一类型的实例。

无论是downcasting还是类型检查，在Java中都是通过Class这一类进行的。

1.3Class类

对于Java程序中使用的每个类，Java都会将这个类的信息存储在一个Class对象中。

1）编译时，Java创建Class对象，并将其存储.class文件中。

2）运行时，当某一class的对象被第一次创建或者某一静态类在程序中被第一次使用，JVM会加载这个Class对象到内存中。

3）当加载成功后，就可以用来创建这一类型的任意对象。

1.3.1访问Class对象的方法

共有三种访问方式：

1）Class类的静态方法forName()(运行时进行)

Class circle_class = Class.forName(“Circle”);

2）class literal（class原义）(编译时进行)

Class circle_class = Circle.class;

3）对象的一些方法getClass()等(运行时进行)

Class circle_class = circle.getClass();

Class circle_super=circle.getSuperClass();获得超类

Class[] circle_ifaces=circle.getInterfaces();获得实现的接口

1.3.2 Class类的方法

1）isInterface()判断这个类是否是一个接口类；

2）newInstance()新建一个类，类似于调用了无参构造函数

3）inInstance()作用类似于instanceof关键字

4）getName()某一Class对象获取它表示的class的名字

二、Reflection

反射机制(reflection)可以在运行时刻获取一个类的方法(methods)和域(fields)，以Class对象和java.lang.reflection库为支持。

2.1 java.lang.reflection库

这个库提供了Field, Method, Constructor等类，它们都实现了Member这一接口。当JVM创建一个Class对象时，它同时也创建了该Class所有成员对应的对象。

1）Method，方法类。

变量Class cls, Method m；最左侧表示返回值类型（下面相同）。

lMethod[] = cls.getDeclaredMethods(),获得在该类中声明的方法，不包括继承来的方法；

lClass[] = m.getParameterTypes(),获得该方法对应的参数类型；

lClass[] = m.getExceptionTypes(),获得该方法抛出的异常类型；

lClass = m.getDeclaringClass(),这个m变量所在的当前类名称；

lClass = m.getReturnType(),获得该方法的返回值类型。

Example:

Java代码

packagecom.alibaba.reflection;
/**
*CreatedbyIntelliJIDEA.
*User:leon
*Date:11-1-15
*Time:下午5:48
*TochangethistemplateuseFile|Settings|FileTemplates.
*/
//FindingOutAboutMethodsofaClass
importjava.lang.reflect.*;
publicclassMethod1{
privateintf1(Objectp,intx)throwsNullPointerException{
if(p==null)
thrownewNullPointerException();
returnx;
}
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classcls=Class.forName("com.alibaba.reflection.Method1");
Method[]methlist;
methlist=cls.getDeclaredMethods();
for(Methodm:methlist){
System.out.println("name="+m.getName());
System.out.println("declclass="+m.getDeclaringClass());
Classpvec[]=m.getParameterTypes();
for(intj=0;j<pvec.length;j++)
System.out.println(newStringBuilder().append("param#").append(j).append("").append(pvec[j]).toString());
Classevec[]=m.getExceptionTypes();
for(intj=0;j<evec.length;j++)
System.out.println("exc#"+j+""+evec[j]);
System.out.println("returntype="+m.getReturnType());
System.out.println("-----");
}
}catch(Throwablee){
System.err.println(e);
}
}
}