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java 反射

 细节探索者
发布于 01/19 23:00
字数 2015
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基本概念

RTTI,即Run-Time Type Identification,运行时类型识别。RTTI能在运行时就能够自动识别每个编译时已知的类型。

  要想理解反射的原理,首先要了解什么是类型信息。Java让我们在运行时识别对象和类的信息,主要有2种方式:一种是传统的RTTI,它假定我们在编译时已经知道了所有的类型信息;另一种是反射机制,它允许我们在运行时发现和使用类的信息。

很多时候需要进行向上转型,比如Base类派生出Derived类,但是现有的方法只需要将Base对象作为参数,实际传入的则是其派生类的引用。那么RTTI就在此时起到了作用,比如通过RTTI能识别出Derive类是Base的派生类,这样就能够向上转型为Derived。类似的,在用接口作为参数时,向上转型更为常用,RTTI此时能够判断是否可以进行向上转型。

package typeinfo;

class Base {
    static { System.out.println("加载Base类"); }
}

class Derived extends Base { 
    static { System.out.println("加载Derived类");}
}

public class Test {
    static void printerInfo(Class c) {
        System.out.println("类名: " + c.getName() +
            "是否接口? [" + c.isInterface() + "]");
    }
    public static void main(String[] args) {
        Class c = null;
        try {
            c = Class.forName("typeinfo.Derived");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            System.out.println("找不到Base类");
            System.exit(1);
        }
        printerInfo(c);
        
        Class up = c.getSuperclass(); // 取得c对象的基类
        Object obj = null;
        try {
            obj = up.newInstance();
        } catch (InstantiationException e) {
            System.out.println("不能实例化");
            System.exit(1);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            System.out.println("不能访问");
            System.exit(1);
        }
        printerInfo(obj.getClass());
    } /* 输出:
    加载Base类
    加载Derived类
    类名: typeinfo.Derived是否接口? [false]
    类名: typeinfo.Base是否接口? [false]
    */
}

上述代码中,forName方法是静态方法,参数是类名,用来查找是否存在该类,如果找到则返回一个Class引用,否则会抛出ClassNotFoundException异常。

如果类不是在默认文件夹下,而是在某个包下,前面的包名需要带上,比如这里的typeinfo.Derived。

可以通过getSuperclass方法来返回基类对应的Class对象。使用newInstance方法可以按默认构造创建一个实例对象,在不能实例化和不能访问时分别抛出。会抛出InstantiationException和IllegalAccessException异常。

Java还提供了一种方法来生成对Class对象的引用,即类字面常量。对上述程序来说,up等价于Base.class。

对于基本数据类型的包装类来说,char.class等价于Character.TYPE,int.class等价于Integer.TYPE。其余的ab.class等价于Ab.TYPE。(比如void.class等价于Void.TYP)。另外,Java SE5开始int.class和Integer.class也是一回事。

1.Class 对象

  理解RTTI在Java中的工作原理,首先需要知道类型信息在运行时是如何表示的,这是由Class对象来完成的,它包含了与类有关的信息。Class对象就是用来创建所有“常规”对象的,Java使用Class对象来执行RTTI,即使你正在执行的是类似类型转换这样的操作。

  每个类都会产生一个对应的Class对象,也就是保存在.class文件。所有类都是在对其第一次使用时,动态加载到JVM的,当程序创建一个对类的静态成员的引用时,就会加载这个类。Class对象仅在需要的时候才会加载,static初始化是在类加载时进行的。

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(XYZ.name);
    }
}

class XYZ {
    public static String name = "luoxn28";

    static {
        System.out.println("xyz静态块");
    }

    public XYZ() {
        System.out.println("xyz构造了");
    }
}

输出结果为:

类加载器首先会检查这个类的Class对象是否已被加载过,如果尚未加载,默认的类加载器就会根据类名查找对应的.class文件。

  想在运行时使用类型信息,必须获取对象(比如类Base对象)的Class对象的引用,使用功能Class.forName(“Base”)可以实现该目的,或者使用base.class。注意,有一点很有趣,使用功能”.class”来创建Class对象的引用时,不会自动初始化该Class对象,使用forName()会自动初始化该Class对象。为了使用类而做的准备工作一般有以下3个步骤:

  • 加载:由类加载器完成,找到对应的字节码,创建一个Class对象
  • 链接:验证类中的字节码,为静态域分配空间
  • 初始化:如果该类有超类,则对其初始化,执行静态初始化器和静态初始化块.
public class Base {
    static int num = 1;
    
    static {
        System.out.println("Base " + num);
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 不会初始化静态块
        Class clazz1 = Base.class;
        System.out.println("------");
        // 会初始化
        Class clazz2 = Class.forName("zzz.Base");
    }
}

2、类型转换前先做检查

  编译器将检查类型向下转型是否合法,如果不合法将抛出异常。向下转换类型前,可以使用instanceof判断。

class Base { }
class Derived extends Base { }

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Base base = new Derived();
        if (base instanceof Derived) {
            // 这里可以向下转换了
            System.out.println("ok");
        }
        else {
            System.out.println("not ok");
        }
    }
}

3、反射:运行时类信息

如果不知道某个对象的确切类型,RTTI可以告诉你,但是有一个前提:这个类型在编译时必须已知,这样才能使用RTTI来识别它。Class类与java.lang.reflect类库一起对反射进行了支持,该类库包含Field、Method和Constructor类,这些类的对象由JVM在启动时创建,用以表示未知类里对应的成员。这样的话就可以使用Contructor创建新的对象,用get()和set()方法获取和修改类中与Field对象关联的字段,用invoke()方法调用与Method对象关联的方法。另外,还可以调用getFields()、getMethods()和getConstructors()等许多便利的方法,以返回表示字段、方法、以及构造器对象的数组,这样,对象信息可以在运行时被完全确定下来,而在编译时不需要知道关于类的任何事情。

  反射机制并没有什么神奇之处,当通过反射与一个未知类型的对象打交道时,JVM只是简单地检查这个对象,看它属于哪个特定的类。因此,那个类的.class对于JVM来说必须是可获取的,要么在本地机器上,要么从网络获取。所以对于RTTI和反射之间的真正区别只在于:

RTTI,编译器在编译时打开和检查.class文件 反射,运行时打开和检查.class文件

public class Person implements Serializable {

    private String name;
    private int age;
// get/set方法
}
public static void main(String[] args) {
    Person person = new Person("luoxn28", 23);
    Class clazz = person.getClass();

    Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
    for (Field field : fields) {
        String key = field.getName();
        PropertyDescriptor descriptor = new PropertyDescriptor(key, clazz);
        Method method = descriptor.getReadMethod();
        Object value = method.invoke(person);

        System.out.println(key + ":" + value);

    }
}

  以上通过getReadMethod()方法调用类的get函数,可以通过getWriteMethod()方法来调用类的set方法。通常来说,我们不需要使用反射工具,但是它们在创建动态代码会更有用,反射在Java中用来支持其他特性的,例如对象的序列化和JavaBean等。

4、动态代理

  代理模式是为了提供额外或不同的操作,而插入的用来替代”实际”对象的对象,这些操作涉及到与”实际”对象的通信,因此代理通常充当中间人角色。Java的动态代理比代理的思想更前进了一步,它可以动态地创建并代理并动态地处理对所代理方法的调用。在动态代理上所做的所有调用都会被重定向到单一的调用处理器上,它的工作是揭示调用的类型并确定相应的策略。以下是一个动态代理示例:

参考文献

java的RTTI和反射机制

深入理解Java反射

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