Java反射机制深入研究

1. Java反射机制深入研究
3. 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”。
5. 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。
7. Java反射机制主要提供了以下功能：
8. 在运行时判断任意一个对象所属的类。
9. 在运行时构造任意一个类的对象。
10. 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法。
11. 在运行时调用任意一个对象的方法。
13. 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ReflectionAPIs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。
15. 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。
17. 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（theabilityoftheprogramtoexamineitself）被称为introspection（内省、内观、反省）。Reflection和introspection是常被并提的两个术语。
19. 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：
20. Class类：代表一个类。
21. Field类：代表类的成员变量（成员变量也称为类的属性）。
22. Method类：代表类的方法。
23. Constructor类：代表类的构造方法。
24. 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。
26. 下面给出几个例子看看ReflectionAPI的实际运用：
28. 一、通过Class类获取成员变量、成员方法、接口、超类、构造方法等
30. 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ReflectionAPI中的核心类，它有以下方法
31. getName()：获得类的完整名字。
32. getFields()：获得类的public类型的属性。
33. getDeclaredFields()：获得类的所有属性。
34. getMethods()：获得类的public类型的方法。
35. getDeclaredMethods()：获得类的所有方法。
36. getMethod(Stringname,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。
37. getConstructors()：获得类的public类型的构造方法。
38. 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。
39. newInstance()：通过类的不带参数的构造方法创建这个类的一个对象。
41. 下面给出一个综合运用的例子：

42. 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-------------------------------\n");  
       
            Constructor ccst1 = 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 ccst2 = 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 ccst3 = 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[] ccsts = 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("\n-------------------------------\n");  
       
            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[] ccis = 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("\n-------------------------------\n");  
       
            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("\n-------------------------------\n");  
       
            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());  
       
        }  
    }  

    
    
43. 输出结果：输出结果很长，这里不再给出。
46. 二、运行时复制对象
48. 例程ReflectTester类进一步演示了ReflectionAPI的基本使用方法。ReflectTester类有一个copy(Objectobject)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
49. 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。

51. 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 fieldfieldName = 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;  
        }  
    }  

    
    
52. 输出结果：
54. Class:com.langsin.reflection.Customer
55. id:1
56. name:Tom
57. age:21
58. Copyinformation:1Tom21
60. Processfinishedwithexitcode0
62. 解说：
63. ReflectTester类的copy(Objectobject)方法依次执行以下步骤
64. （1）获得对象的类型：
65. ClassclassType=object.getClass();
66. System.out.println("Class:"+classType.getName());
68. （2）通过默认构造方法创建一个新对象：
69. ObjectobjectCopy=classType.getConstructor(newClass[]{}).newInstance(newObject[]{});
70. 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。
72. 3）获得对象的所有属性：
73. Fieldfields[]=classType.getDeclaredFields();
74. 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
76. （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
79. 三、用反射机制调用对象的方法

81. 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);  
        }  
    }  

    
    
83. 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
85. 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：
86. MethodaddMethod=classType.getMethod("add",newClass[]{int.class,int.class});
87. Method类的invoke(Objectobj,Objectargs[])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。
89. 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addMethod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：
91. Objectresult=addMethod.invoke(invokeTester,
92. newObject[]{newInteger(100),newInteger(200)});
93. System.out.println((Integer)result);//result为Integer类型
96. 四、动态创建和访问数组
98. 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。
100. 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

102. 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);  
         }  
     } 

     
     
105. 例程ArrayTester2类的main()方法创建了一个5x10x15的整型数组，并把索引位置为[3][5][10]的元素的值为设37。

107. 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]);  
         }  
     }  

     
     
109. 深入认识Class类
111. 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。
113. 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、primitiveJavatypes
114. （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（classloader）的defineClass()被JVM调用，JVM便自动产生一个Classobject。如果您想借由“修改Java标准库源码”来观察Classobject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publicconstructor
116. Class是Reflection起源。针对任何您想探勘的class，唯有先为它产生一个Classobject，接下来才能经由后者唤起为数十多个的ReflectionAPIs
118. 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。
120. 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
121. 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()。
123. 动态生成“Classobject所对应之class”的对象实体；无自变量。
125. 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Methodobject。接下来准备一个Object[]放置自变量，然后调用上述所得之特定Methodobject的invoke()。
126. 为什么获得Methodobject时不需指定回返类型？
128. 因为methodoverloading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。
131. 四、运行时变更field内容
133. 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Fieldobject之后便可直接调用Field的get()和set()。

135. 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));  
         }  
     }  

     
     
136. 运行结果：
138. 变更前x=0.0
139. 变更后x=1.1
140. 变更前y=null
141. 变更后y=2.1
143. Processfinishedwithexitcode0
146. 参考资料：
147. 此例的部分文字解说和源码来自浪曦论坛http：//bbs.langsin.com。
148. 侯捷的《候捷谈Java反射机制》http://www.j2medev.com/Article/Class3/Class7/200604/1995.html
149. thinkinjava
150. Java核心技术
152. 声明：本文是在参考了大量资料基础上，摸索运用，总结的基础上完成的。
153. 由于每次书写间隔非常长，参考的资料不能一一写出来，如有侵权，本人将在第一时间删除侵权的内容。
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157. 特别说明：
159. Java的反射其实内容远远不至这些，这里看到仅仅是冰山一脚，如果你想要更加深入学习和研究Java的反射机制，你可以参考《JavaReflectioninAction》一书，网上有免费下载的。