Java反射技术详解与应用-优快云博客

本文深入探讨Java反射机制，从基本概念出发，详细解析如何使用反射获取类信息、执行方法、创建对象、改变字段值及操作数组。通过具体代码示例，展示了反射在Java编程中的实用价值。

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Reflection是Java 程序开发语言的特征之一，它允许运行中的 Java 程序对自身进行检查，或者说"自审"，并能直接操作程序的内部属性。例如，使用它能获得 Java 类中各成员的名称并显示出来。 Java 的这一能力在实际应用中也许用得不是很多，但是在其它的程序设计语言中根本就不存在这一特性。例如，Pascal、C 或者 C++ 中就没有办法在程序中获得函数定义相关的信息。

JavaBean 是 reflection 的实际应用之一，它能让一些工具可视化的操作软件组件。这些工具通过 reflection 动态的载入并取得 Java 组件(类) 的属性。

1. 一个简单的例子

考虑下面这个简单的例子，让我们看看 reflection 是如何工作的。

importjava.lang.reflect.*;

publicclassDumpMethods{
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classc=Class.forName("java.util.Stack");
Methodm[]=c.getDeclaredMethods();
for(inti=0;i<m.length;i++)
System.out.println(m[i].toString());
}
catch(Throwablee){
System.err.println(e);
}
}
}

它的结果输出为：

publicsynchronizedjava.lang.Objectjava.util.Stack.pop()

publicjava.lang.Objectjava.util.Stack.push(java.lang.Object)

publicbooleanjava.util.Stack.empty()

publicsynchronizedjava.lang.Objectjava.util.Stack.peek()

publicsynchronizedintjava.util.Stack.search(java.lang.Object)

这样就列出了java.util.Stack 类的各方法名以及它们的限制符和返回类型。

这个程序使用 Class.forName 载入指定的类，然后调用 getDeclaredMethods 来获取这个类中定义了的方法列表。java.lang.reflect.Methods 是用来描述某个类中单个方法的一个类。

2.开始使用 Reflection

用于 reflection 的类，如 Method，可以在 java.lang.relfect 包中找到。使用这些类的时候必须要遵循三个步骤：第一步是获得你想操作的类的 java.lang.Class 对象。在运行中的 Java 程序中，用 java.lang.Class 类来描述类和接口等。

下面就是获得一个 Class 对象的方法之一：

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

这条语句得到一个 String 类的类对象。还有另一种方法，如下面的语句：

Class c = int.class; 或者 Class c = Integer.TYPE;

它们可获得基本类型的类信息。其中后一种方法中访问的是基本类型的封装类 (如 Integer) 中预先定义好的 TYPE 字段。

第二步是调用诸如 getDeclaredMethods 的方法，以取得该类中定义的所有方法的列表。

一旦取得这个信息，就可以进行第三步了——使用 reflection API 来操作这些信息，如下面这段代码：

Classc=Class.forName("java.lang.String");
Methodm[]=c.getDeclaredMethods();
System.out.println(m[0].toString());

它将以文本方式打印出 String 中定义的第一个方法的原型。

在下面的例子中，这三个步骤将为使用 reflection 处理特殊应用程序提供例证。

模拟 instanceof 操作符

得到类信息之后，通常下一个步骤就是解决关于 Class 对象的一些基本的问题。例如，Class.isInstance 方法可以用于模拟 instanceof 操作符：

classS{
}

publicclassIsInstance{
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classcls=Class.forName("S");
booleanb1=cls.isInstance(newInteger(37));
System.out.println(b1);
booleanb2=cls.isInstance(newS());
System.out.println(b2);
}
catch(Throwablee){
System.err.println(e);
}
}
}

在这个例子中创建了一个S 类的 Class 对象，然后检查一些对象是否是S的实例。Integer(37) 不是，但 new S()是。

3.找出类的方法

找出一个类中定义了些什么方法，这是一个非常有价值也非常基础的 reflection 用法。下面的代码就实现了这一用法：

importjava.lang.reflect.*;

publicclassMethod1{
privateintf1(Objectp,intx)throwsNullPointerException{
if(p==null)
thrownewNullPointerException();
returnx;
}
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classcls=Class.forName("Method1");
Methodmethlist[]=cls.getDeclaredMethods();
for(inti=0;i<methlist.length;i++){
Methodm=methlist[i];
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("param#"+j+""+pvec[j]);
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);
}
}
}

这个程序首先取得 method1 类的描述，然后调用 getDeclaredMethods 来获取一系列的 Method 对象，它们分别描述了定义在类中的每一个方法，包括 public 方法、protected 方法、package 方法和 private 方法等。如果你在程序中使用 getMethods 来代替 getDeclaredMethods，你还能获得继承来的各个方法的信息。

取得了 Method 对象列表之后，要显示这些方法的参数类型、异常类型和返回值类型等就不难了。这些类型是基本类型还是类类型，都可以由描述类的对象按顺序给出。

输出的结果如下：

name=f1
declclass=classmethod1
param#0classjava.lang.Object
param#1int
exc#0classjava.lang.NullPointerException

returntype=int
-----
name=main
declclass=classmethod1
param#0class[Ljava.lang.String;

returntype=void

4.获取构造器信息

获取类构造器的用法与上述获取方法的用法类似，如：

importjava.lang.reflect.*;

publicclassConstructor1{
publicConstructor1(){
}
protectedConstructor1(inti,doubled){
}
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classcls=Class.forName("Constructor1");
Constructorctorlist[]=cls.getDeclaredConstructors();
for(inti=0;i<ctorlist.length;i++){
Constructorct=ctorlist[i];
System.out.println("name="+ct.getName());
System.out.println("declclass="+ct.getDeclaringClass());
Classpvec[]=ct.getParameterTypes();
for(intj=0;j<pvec.length;j++)
System.out.println("param#"+j+""+pvec[j]);
Classevec[]=ct.getExceptionTypes();
for(intj=0;j<evec.length;j++)
System.out.println("exc#"+j+""+evec[j]);
System.out.println("-----");
}
}
catch(Throwablee){
System.err.println(e);
}
}
}

这个例子中没能获得返回类型的相关信息，那是因为构造器没有返回类型。

这个程序运行的结果是：

name=Constructor1
declclass=classConstructor1
param#0int
param#1double
-----
name=Constructor1
declclass=classConstructor1
-----

5.获取类的字段(域)

找出一个类中定义了哪些数据字段也是可能的，下面的代码就在干这个事情：

importjava.lang.reflect.*;

publicclassField1{
privatedoubled;
publicstaticfinalinti=37;
Strings="testing";
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classcls=Class.forName("Field1");
Fieldfieldlist[]=cls.getDeclaredFields();
for(inti=0;i<fieldlist.length;i++){
Fieldfld=fieldlist[i];
System.out.println("name="+fld.getName());
System.out.println("declclass="+fld.getDeclaringClass());
System.out.println("type="+fld.getType());
intmod=fld.getModifiers();
System.out.println("modifiers="+Modifier.toString(mod));
System.out.println("-----");
}
}
catch(Throwablee){
System.err.println(e);
}
}
}

这个例子和前面那个例子非常相似。例中使用了一个新东西 Modifier，它也是一个 reflection 类，用来描述字段成员的修饰语，如“private int”。这些修饰语自身由整数描述，而且使用 Modifier.toString 来返回以“官方”顺序排列的字符串描述 (如“static”在“final”之前)。这个程序的输出是：

name=d
declclass=classField1
type=double
modifiers=private
-----
name=i
declclass=classField1
type=int
modifiers=publicstaticfinal
-----
name=s
declclass=classField1
type=classjava.lang.String
modifiers=
-----

和获取方法的情况一下，获取字段的时候也可以只取得在当前类中申明了的字段信息 (getDeclaredFields)，或者也可以取得父类中定义的字段 (getFields) 。

6.根据方法的名称来执行方法

文本到这里，所举的例子无一例外都与如何获取类的信息有关。我们也可以用 reflection 来做一些其它的事情，比如执行一个指定了名称的方法。下面的示例演示了这一操作：

importjava.lang.reflect.*;

publicclassMethod2{
publicintadd(inta,intb){
returna+b;
}
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classcls=Class.forName("Method2");
Classpartypes[]=newClass[2];
partypes[0]=Integer.TYPE;
partypes[1]=Integer.TYPE;
Methodmeth=cls.getMethod("add",partypes);
Method2methobj=newMethod2();
Objectarglist[]=newObject[2];
arglist[0]=newInteger(37);
arglist[1]=newInteger(47);
Objectretobj=meth.invoke(methobj,arglist);
Integerretval=(Integer)retobj;
System.out.println(retval.intValue());
}
catch(Throwablee){
System.err.println(e);
}
}
}

假如一个程序在执行的某处的时候才知道需要执行某个方法，这个方法的名称是在程序的运行过程中指定的 (例如，JavaBean 开发环境中就会做这样的事)，那么上面的程序演示了如何做到。

上例中，getMethod用于查找一个具有两个整型参数且名为 add 的方法。找到该方法并创建了相应的Method 对象之后，在正确的对象实例中执行它。执行该方法的时候，需要提供一个参数列表，这在上例中是分别包装了整数 37 和 47 的两个 Integer 对象。执行方法的返回的同样是一个 Integer 对象，它封装了返回值 84。

7.创建新的对象

对于构造器，则不能像执行方法那样进行，因为执行一个构造器就意味着创建了一个新的对象 (准确的说，创建一个对象的过程包括分配内存和构造对象)。所以，与上例最相似的例子如下：

importjava.lang.reflect.*;

publicclassConstructor2{
publicConstructor2(){
}
publicConstructor2(inta,intb){
System.out.println("a="+a+"b="+b);
}
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classcls=Class.forName("Constructor2");
Classpartypes[]=newClass[2];
partypes[0]=Integer.TYPE;
partypes[1]=Integer.TYPE;
Constructorct=cls.getConstructor(partypes);
Objectarglist[]=newObject[2];
arglist[0]=newInteger(37);
arglist[1]=newInteger(47);
Objectretobj=ct.newInstance(arglist);
}
catch(Throwablee){
System.err.println(e);
}
}
}

根据指定的参数类型找到相应的构造函数并执行它，以创建一个新的对象实例。使用这种方法可以在程序运行时动态地创建对象，而不是在编译的时候创建对象，这一点非常有价值。

8.改变字段(域)的值

reflection 的还有一个用处就是改变对象数据字段的值。reflection 可以从正在运行的程序中根据名称找到对象的字段并改变它，下面的例子可以说明这一点：

importjava.lang.reflect.*;

publicclassField2{
publicdoubled;
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classcls=Class.forName("Field2");
Fieldfld=cls.getField("d");
Field2f2obj=newField2();
System.out.println("d="+f2obj.d);
fld.setDouble(f2obj,12.34);
System.out.println("d="+f2obj.d);
}
catch(Throwablee){
System.err.println(e);
}
}
}

这个例子中，字段 d 的值被变为了 12.34。

9.使用数组

本文介绍的 reflection 的最后一种用法是创建的操作数组。数组在 Java 语言中是一种特殊的类类型，一个数组的引用可以赋给 Object 引用。观察下面的例子看看数组是怎么工作的：

importjava.lang.reflect.*;

publicclassArray1{
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
try{
Classcls=Class.forName("java.lang.String");
Objectarr=Array.newInstance(cls,10);
Array.set(arr,5,"thisisatest");
Strings=(String)Array.get(arr,5);
System.out.println(s);
}
catch(Throwablee){
System.err.println(e);
}
}
}

例中创建了 10 个单位长度的 String 数组，为第 5 个位置的字符串赋了值，最后将这个字符串从数组中取得并打印了出来。

下面这段代码提供了一个更复杂的例子：

importjava.lang.reflect.*;

publicclassArray2{
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
intdims[]=newint[]{5,10,15};
Objectarr=Array.newInstance(Integer.TYPE,dims);
Objectarrobj=Array.get(arr,3);
Classcls=arrobj.getClass().getComponentType();
System.out.println(cls);
arrobj=Array.get(arrobj,5);
Array.setInt(arrobj,10,37);
intarrcast[][][]=(int[][][])arr;
System.out.println(arrcast[3][5][10]);
}
}

例中创建了一个 5 x 10 x 15 的整型数组，并为处于 [3][5][10] 的元素赋了值为 37。注意，多维数组实际上就是数组的数组，例如，第一个 Array.get 之后，arrobj 是一个 10 x 15 的数组。进而取得其中的一个元素，即长度为 15 的数组，并使用 Array.setInt 为它的第 10 个元素赋值。

注意创建数组时的类型是动态的，在编译时并不知道其类型。