Java反射机制 详解

于 2016-10-03 23:39:46 发布
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分类专栏： Java 文章标签： java Java反射 反射机制
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一、什么是反射机制

JAVA反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

“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”。Java不是动态语言。但是Java有着一个非常突出的动态相关机制：Reflection，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。

二、初识Java反射机制

反射之中包含了一个“反”的概念，要解释反射就必须先从“正”开始解释，一般而言，一定是先有类再产生实例化对象。如下：

package com.wz.reflectdemo;

import java.util.Date;//先有类

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();//再产对象
        System.out.println(date);
    }
}

而所谓的“反”，是通过对象找到类。在Object类里面提供有一个方法，
取得class对象：

public final Class<?> getClass()

注：反射之中的所有泛型都定义为?，返回值都是Object。

实例如下：

package com.wz.reflectdemo;

import java.util.Date;//先有类

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();//再产对象
        System.out.println(date.getClass());
    }
}

执行结果：

class java.util.Date

我们发现，调用getClass()后，得到了类的完整名称。也就找到了对象的出处。

三、Class类对象实例化

java.lang.Class是一个类，它和一般类一样继承自Objec。这个类是反射操作的源头，即所有的反射都要从此类开始进行，这个类有三种实例化方式：

方式一：调用Object类的getClass()方法（很少用到）：

package com.wz.reflectdemo;

import java.util.Date;

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
        Class<?> cls = date.getClass();
        System.out.println(cls);
    }
}

运行结果：

class java.util.Date

方式二：使用“类.class”取得：

package com.wz.reflectdemo;

import java.util.Date;

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) {
        //Date date = new Date();
        Class<?> cls = Date.class;
        System.out.println(cls);
    }
}

运行结果：

class java.util.Date

注意：先前取得Class类对象之前需要实例化，但此时并没有进行实例化。

方式三：调用Class类提供的一个方法：

public static Class<?> forName(String className) throws ClassNotFoundException

实例如下：

package com.wz.reflectdemo;

//import java.util.Date;

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> cls = Class.forName("java.util.Date");
        System.out.println(cls);
    }
}

运行结果：

class java.util.Date

此时，无需使用import语句导入一个明确的类，而类名称是采用字符串的形式进行描述的。

四、反射实例化对象

一般情况下，对象的实例化操作需要依靠构造方法和关键字new完成。可是有了Class类对象之后，可以利用反射来实现对象的实例化。
通过反射实例化对象：

public T newInstance() throws InstantiationException, IllegalAccessException

实例：

package com.wz.reflectdemo;

class Book{

    public Book(){
        System.out.println("Book类的无参构造方法");
    }

    @Override
    public String toString() {

        return "This a book !";
    }
}

public class TestDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Class<?> cls = Class.forName("com.wz.reflectdemo.Book");
        Object obj = cls.newInstance();//相当于使用new调用无参构造实例化对象

        Book book = (Book)obj;
        System.out.println(book);
    }

}

运行结果：

Book类的无参构造方法
This a book !

如上，有了反射之后，进行实例化的操作不再只有依靠关键字new来完成了。但这个操作要比之前使用的new复杂一些，并且并不表示用new来进行实例化被完全取代了。为什么呢？

对于程序的开发一直强调：尽量减少耦合。而减少耦合的最好做法是使用接口，但是就算使用了接口也逃不出关键字new，所以实际上new是造成耦合的关键元凶。

先看一个简单的工厂设计模式：

package com.wz.reflectdemo;


interface Fruit{
    public void eat();
}

class Apple implements Fruit{
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println("eat apple");
    }
}

class Factory{
    public static Fruit getInstance(String className){
        if("apple".equals(className)){
            return new Apple();
        }
        return null;
    }
}

public class FactoryDemo{
    public static void main(String[] args){
        Fruit f = Factory.getInstance("apple");
        f.eat();
    }
}

运行结果：

eat apple

以上是一个简单的工厂设计模式，但是在这个工厂设计模式之中有一个问题：如果增加了Fruit接口子类，那么就需要修改工厂类。

增加了Fruit接口子类Orange ：

class Orange implements Fruit {
    public void eat() {
        System.out.println("eat orange");
    };
}

需要修改工厂类：

class Factory{
    public static Fruit getInstance(String className){
        if("apple".equals(className)){
            return new Apple();
        }else if("orange".equals(className)){
            return new Orange();
        }
        return null;

    }
}

问题来了，每增加一个接口子类，就需要去修改工厂类，那么若随时可能增加多个子类呢？那么就要一直对工厂类进行修改！

根本原因：工厂类中的对象都是通过关键字new直接实例化的。那么如果说现在不使用关键字new了，变为了反射机制呢？

反射机制实例化对象的时候实际上只需要“包.类”就可以，于是根据此操作，修改工厂设计模式如下：

package com.wz.reflectdemo;


interface Fruit{
    public void eat();
}

class Apple implements Fruit{
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println("eat apple");
    }
}

class Orange implements Fruit{
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println("eat orange");
    }
}

class Factory{
    public static Fruit getInstance(String className){
        /*if("apple".equals(className)){
            return new Apple();
        }else if("orange".equals(className)){
            return new Orange();
        }
        return null;*/
        Fruit f = null;
        try {
            f = (Fruit)Class.forName(className).newInstance();

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return f;

    }
}

public class FactoryDemo{
    public static void main(String[] args){
        /*Fruit f = Factory.getInstance("apple");
        f.eat();

        Fruit f1 = Factory.getInstance("orange");
        f1.eat();*/

        Fruit f1= Factory.getInstance("com.wz.reflectdemo.Apple");
        f1.eat();

        Fruit f2 = Factory.getInstance("com.wz.reflectdemo.Orange");
        f2.eat();

    }
}

运行结果：

eat apple
eat orange

这个时候即使增加了接口的子类，工厂类照样可以完成对象的实例化操作，这个才是真正的工厂类，可以应对于所有的变化。这就完成了解耦合的目的，而且扩展性非常强。

五、反射调用构造方法

之前我们通过反射实例化对象都是这么写的：

Class<?> cls = Class.forName(“*****className*****”);
Object  obj =  cls.newInstance();

这只能调用默认的无参构造方法，那么，问题来了：若类中不提供无参构造方法呢？怎么解决？

看一个范例：

先写一个Book类：

package com.wz.reflectdemo;

public class Book {

    private String title;
    private double price;

    public Book(String title, double price) {
        this.title = title;
        this.price = price;
    }

    @Override
    public String toString() {

        return "图书名称："+this.title + " ,价格："+this.price;
    }

}

然后实例化对象：

package com.wz.reflectdemo;

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Class<?> cls = Class.forName("com.wz.reflectdemo.Book");
        Object obj = cls.newInstance();//相当于使用new调用无参构造实例化对象

        Book book = (Book)obj;
        System.out.println(book);

    }
}

执行结果：

Exception in thread "main" java.lang.InstantiationException: com.wz.reflectdemo.Book
    at java.lang.Class.newInstance(Unknown Source)
    at com.wz.reflectdemo.ReflectTest.main(ReflectTest.java:8)
Caused by: java.lang.NoSuchMethodException: com.wz.reflectdemo.Book.<init>()
    at java.lang.Class.getConstructor0(Unknown Source)
    ... 2 more

由此可见，由于此时Book类没有提供无参构造方法，而cls.newInstance()的时候又调用了无参构造方法，所以无法进行对象实例化。那么，怎么解决？只能明确的调用有参构造方法。

在Class类里面，提供了方法来取得构造：
（1）取得全部构造：

public Constructor<?>[] getConstructors() throws SecurityException

（2）取得一个指定参数顺序的构造：

public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) throws NoSuchMethodException, SecurityException

以上两个方法返回的都是”java.lang.reflect.Constructor”类的对象。在这个类中提供有一个明确传递有参构造内容的实例化对象方法：

public T newInstance(Object... initargs) throws InstantiationException, IllegalAccessException,
IllegalArgumentException, InvocationTargetException

改写上面范例的实例化对象方法，明确调用有参构造方法：

package com.wz.reflectdemo;

import java.lang.reflect.Constructor;

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Class<?> cls = Class.forName("com.wz.reflectdemo.Book");
        /*Object obj = cls.newInstance();//相当于使用new调用无参构造实例化对象
        Book book = (Book)obj;
        System.out.println(book);*/

        Constructor<?> con = cls.getConstructor(String.class,double.class);
        Object obj = con.newInstance("Java开发",79.8);//实例化对象

        System.out.println(obj);

    }
}

执行结果：

图书名称：Java开发 ,价格：79.8

很明显，调用无参构造方法实例化对象要比调用有参构造的更加简单、方便。so，简单的Java开发中不过提供有多少个构造方法，请至少保留有无参构造。

六、反射调用普通方法

我们都知道：类中的普通方法只有在一个类产生实例化对象之后才可以调用。

先看一个例子。我们先定义一个类：

package com.wz.reflectdemo;

public class Book {

    private String title;

    public String getTitle() {
        return title;
    }

    public void setTitle(String title) {
        this.title = title;
    }

}

这个类有无参构造方法，所有实例化对象的时候可以直接利用Class类提供的newInstance()方法。

在Class类里面提供以下取得类在Method的操作：
（1）取得一个类中的全部方法：

public Method[] getMethods() throws SecurityException

（2）取得指定方法：

public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) throws
NoSuchMethodException, SecurityException

以上的方法返回的都是”java.lang.reflect.Method”类的对象，在这个类中有一个调用方法：

public Object invoke(Object obj, Object... args) throws IllegalAccessException,
IllegalArgumentException, InvocationTargetException

我们接着上面的例子来看反射调用方法：

package com.wz.reflectdemo;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Method;

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Class<?> cls = Class.forName("com.wz.reflectdemo.Book");
        Object obj = cls.newInstance();

        Method setMet = cls.getMethod("setTitle", String.class);
        setMet.invoke(obj, "Java开发");//等价于Book类的setTitle("Java开发")

        Method getMet = cls.getMethod("getTitle");
        System.out.println(getMet.invoke(obj));//等价于Book类的getTitle()
    }
}

执行结果：

Java开发

此时，我们完全看不见具体的操作类型，也就是说，利用反射可以实现任意类的指定方法的调用。

七、反射调用成员

我们都知道，类中的属性一定要在本类实例化对象之后才可以分配内存空间。在Class类里面提供有取得成员的方法：

（1）取得全部成员：

public Field[] getDeclaredFields() throws SecurityException

（2）取得指定成员：

public Field getDeclaredField(String name) throws NoSuchFieldException, SecurityException

这两个方法的返回值类型是”java.lang.reflect.Field”类的对象。在这个类里面有两个重要的方法：

（1）取得属性内容（类似于：对象.属性）：

public Object get(Object obj)
throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException

（2）设置属性内容（类似于：对象.属性=内容）：

public void set(Object obj, Object value)
throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException

接着看一个例子：
先定义一个类：

package com.wz.reflectdemo;

public class Book {

    private String title;

}

这个类只定义了一个私有属性，按照之前的做法，它一定无法被外部所使用。但是，可以反射调用：

package com.wz.reflectdemo;

import java.lang.reflect.Field;

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Class<?> cls = Class.forName("com.wz.reflectdemo.Book");
        Object obj = cls.newInstance();

        Field titleField = cls.getDeclaredField("title");
        titleField.setAccessible(true);//解除封装
        titleField.set(obj, "Java开发");//相当于Book类对象.title = "Java开发"
        System.out.println(titleField.get(obj));//相当于Book类对象的.title
    }
}

执行结果：

Java开发

注：构造方法和普通方法一样可以解除封装，只是很少这么去做。而对于属性的访问还是建议使用setter和getter方法完成。

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