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黑马程序员_JAVA反射机制

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 sun64bit
发布于 2015/04/24 09:37
字数 3608
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Java 语言的反射机制

在Java运行时环境中,对于任意一个类,可以知道这个类有哪些属性和方法。对于任意一个对象,可以调用它的任意一个方法。
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。

Java 反射机制主要提供了以下功能

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”。从这个观点看,Perl,Python,Ruby是动态语言,C++,Java,C#不是动态语言。

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(the ability of the program to examine itself)被称为introspection(内省、内观、反省)。Reflection和introspection是常被并提的两个术语。

Java Reflection API 简介

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DumpMethods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:
清单1:DumpMethods.java

import java.lang.reflect.Method;

public class DumpMethods {
    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(args[0]);
        // 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。
清单2:ReflectTester.java

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

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];
            // 属性名称
            String fieldName = field.getName();
            // 得到属性名称的第一个字母并转成大小
            String firstLetter = fieldName.substring(0, 1).toUpperCase();
            // 获得和属性对应的getXXX()方法的名字:get+属性名称的第一个字母并转成大小+属性名去掉第一个字母,
            // 如属性名称为name,则:get+N+ame
            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,传入参数为参数的类型
            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;
    }
}

输出结果为:

Class:com.coderdream.reflection.Customer
id:1
name:Tom
age:21
Copy information:1 Tom 21

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。


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

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)});
清单3:InvokeTester.java

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();

        // Object invokeTester = classType.getConstructor(new Class[]{}).newInstance(new Object[]{});

        // 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);
    }
}

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。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。
清单5:ArrayTester1.java

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);

    }

}

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。
清单6:ArrayTester2.java

import java.lang.reflect.Array;

public class ArrayTester2 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建一个三维数组
        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类

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(methods):hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等,其中getClass()返回一个Class 类的对象。

Class 类十分特殊。它和一般Java类一样继承自Object,其实体用以表达Java程序运行时的类(classes)和接口(interfaces),也用来表达枚举(enum)、数组(array)、primitive Java types(boolean, byte, char, short, int, long, float, double)以及关键词void。当一个类被加载,或当类加载器(class loader)的defineClass()被JVM调用,JVM 便自动产生一个Class 对象(object)。如果您想借由“修改Java标准库源码”来观察Class object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并没有公共构造函数(public constructor)。

Class类是反射(Reflection)的起源。针对任何您想探勘的类(class),唯有先为它产生一个Class对象(object),接下来才能经由后者唤起为数十多个的Reflection APIs。

“Class” 对象(object)的取得途径

Java允许我们从多种途径为一个class生成对应的Class object:


  
清单7:GetClassDemo.java

import java.awt.Button;

public class GetClassDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        GetClassDemo.f1();
        GetClassDemo.f2();
        GetClassDemo.f3();
        GetClassDemo.f4();
    }
    
    /**
     * 通过getClass()和getSuperclass()方法
     */
    public static void f1() {
        Button b = new Button();
        Class<?> c1 = b.getClass();
        System.out.println(c1);
        
        Class<?> c2 = c1.getSuperclass();
        System.out.println(c2);
        
        Class<?> c3 = c2.getSuperclass();
        System.out.println(c3);

        Class<?> c4 = c3.getSuperclass();
        System.out.println(c4);
        
        System.out.println("------------------------------------------------");
    }
    
    /**
     * 通过Class.forName()方法
     * @throws Exception 
     */
    public static void f2() throws Exception {
        Class<?> c1 = Class.forName("java.lang.String");
        System.out.println(c1);
        
        Class<?> c2 = Class.forName("java.awt.Button");
        System.out.println(c2);
        
        Class<?> c3 = Class.forName("java.util.LinkedList$Entry");
        System.out.println(c3);
        
        // 报空指针异常
//        Class<?> c4 = Class.forName("I");
//        System.out.println(c4);
        
        Class<?> c5 = Class.forName("[I");
        System.out.println(c5);
        
        System.out.println("------------------------------------------------");
    }
    
    /**
     * 通过 .class 属性
     * @throws Exception 
     */
    public static void f3() throws Exception {
        Class<?> c1 = String.class;
        System.out.println(c1);
        
        Class<?> c2 = java.awt.Button.class;
        System.out.println(c2);
        
        Class<?> c3 = int.class;
        System.out.println(c3);
        
        Class<?> c4 = int[].class;
        System.out.println(c4);
        
        System.out.println("------------------------------------------------");
    }
    
    /**
     * 通过 .TYPE 属性
     * @throws Exception 
     */
    public static void f4() throws Exception {
        Class<?> c1 = Boolean.TYPE;
        System.out.println(c1);
        
        Class<?> c2 = Byte.TYPE;
        System.out.println(c2);
        
        Class<?> c3 = Character.TYPE;
        System.out.println(c3);
        
        Class<?> c4 = Short.TYPE;
        System.out.println(c4);
        
        Class<?> c5 = Integer.TYPE;
        System.out.println(c5);
        
        Class<?> c6 = Long.TYPE;
        System.out.println(c6);
        
        Class<?> c7 = Float.TYPE;
        System.out.println(c7);
        
        Class<?> c8 = Double.TYPE;
        System.out.println(c8);
        
        Class<?> c9 = Void.TYPE;
        System.out.println(c9);
    }

}

输出结果:

class java.awt.Button
class java.awt.Component
class java.lang.Object
null
------------------------------------------------
class java.lang.String
class java.awt.Button
class java.util.LinkedList$Entry
class [I
------------------------------------------------
class java.lang.String
class java.awt.Button
int
class [I
------------------------------------------------
boolean
byte
char
short
int
long
float
double
void

运行时生成对象实例(instances)

欲生成对象实体,在Reflection 动态机制中有两种作法,一个针对“无参数的构造函数”,一个针对“带参数构造函数”。

情况1:类存在不带参数的构造函数
直接使用newInstance()方法

情况2:类不存在不带参数的构造函数
先生成Constructor对象,传入参数类型数组,然后调用此对象的newInstance()方法,同时传入实际参数。


首先准备一个Class[]做为构造函数的参数类型(本例指定为一个double和一个int),然后以此为自变量调用getConstructor(),获得一个专属构造函数对象(Constructor ),接下来再准备一个Object[] 做为构造函数的实参值(本例指定3.14159和125),调用上述专属构造函数对象的newInstance()。
清单8:NewInstance.java

import java.lang.reflect.Constructor;

public class NewInstance {

    double d;
    int i;

    public NewInstance(double d, int i) {
        super();
        this.d = d;
        this.i = i;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 通过传入参数完整类名得到Class对象
        Class<?> c = Class.forName("com.coderdream.reflection.NewInstance");
        // 构造类型对象数组
        Class<?>[] pTypes = new Class[]{double.class,int.class};
        // 传入参数,得到Constructor对象
        Constructor<?> ctor = c.getConstructor(pTypes);
        // 构造实际参数数组
        Object[] arg = new Object[] {3.14159, 125};
        // 得到对象实例
        Object obj = ctor.newInstance(arg);
        System.out.println(obj.getClass());    
    }
}

输出结果:

class com.coderdream.reflection.NewInstance

运行时调用方法(methods)

这个动作和上述调用“带参数之构造函数”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Method object。接下来准备一个Object[]放置自变量,然后调用上述所得之特定Method object的invoke()。
为什么获得Method object时不需指定回返类型?

因为方法重载(method overloading)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方法(method)。

运行时变更属性(fields)内容

与先前两个动作相比,“变更属性(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Field object之后便可直接调用Field的get()和set(),
清单9:RuntimeInvoke.java

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Hashtable;

public class RuntimeInvoke {

    public double d;

    public String func(String s, Hashtable<?, ?> ht) {
        System.out.println("func invoked");
        return s;
    }

    /**
     * 通过反射得到方法
     * @throws Exception
     */
    public static void f1() throws Exception {
        Class<?> c = Class.forName("com.coderdream.reflection.RuntimeInvoke");
        Class<?>[] ptypes = new Class[2];
        ptypes[0] = Class.forName("java.lang.String");
        ptypes[1] = Class.forName("java.util.Hashtable");

        Method m = c.getMethod("func", ptypes);

        RuntimeInvoke obj = new RuntimeInvoke();
        Object[] arg = new Object[2];
        arg[0] = new String("Hello, world");
        arg[1] = null;
        Object r = m.invoke(obj, arg);
        String rval = (String) r;
        System.out.println(rval);
        
        System.out.println("------------------------------------------------");
    }

    /**
     * 通过反射得到属性
     * @throws Exception
     */
    public static void f2() throws Exception {
        Class<?> c = Class.forName("com.coderdream.reflection.RuntimeInvoke");
        Field f = c.getField("d");
        RuntimeInvoke obj = new RuntimeInvoke();
        System.out.println("d= " + (Double) f.get(obj));
        f.set(obj, 12.34);
        System.out.println("d= " + obj.d);
    }

    /**
     * @param args
     * @throws Exception
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RuntimeInvoke.f1();
        RuntimeInvoke.f2();
    }

}

输出结果:

func invoked
Hello, world
------------------------------------------------
d= 0.0
d= 12.34

== 比较内存地址
equals 比较内容

从Object层次来说,
==与equals是相同的,都是比较内存地址,也就是说,都是比较两个引用是否指向同一个对象,是则返回true,否则返回false。

很多类都重写(overwrite)了equals方法,最典型的是String类。

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Vincent-Duan
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