Java 反射机制

发布时间:2014-10-25 2:21:23
来源:分享查询网

Java 的反射机制是使其具有动态特性的非常关键的一种机制,也是在JavaBean 中广泛应用的一种特性。       运行时类型识别(Run-time Type Identification, RTTI)主要有两种方式,一种是我们在编译时和运行时已经知道了所有的类型,另外一种是功能强大的“反射”机制。        要理解RTTI在Java中的工作原理,首先必须知道类型信息在运行时是如何表示的,这项工作是由“Class对象”完成的,它包含了与类有关的信息。类是程序的重要组成部分,每个类都有一个Class对象,每当编写并编译了一个新类就会产生一个Class对象,它被保存在一个同名的.class文件中。在运行时,当我们想生成这个类的对象时,运行这个程序的Java虚拟机(JVM)会确认这个类的Class对象是否已经加载,如果尚未加载,JVM就会根据类名查找.class文件,并将其载入,一旦这个类的Class对象被载入内存,它就被用来创建这个类的所有对象。一般的RTTI形式包括三种: 1.       传统的类型转换。如“(Apple)Fruit”,由RTTI确保类型转换的正确性,如果执行了一个错误的类型转换,就会抛出一个ClassCastException异常。 2.       通过Class对象来获取对象的类型。如 Class c = Class.forName(“Apple”); Object o = c.newInstance(); 3.       通过关键字instanceof或Class.isInstance()方法来确定对象是否属于某个特定类型的实例,准确的说,应该是instanceof / Class.isInstance()可以用来确定对象是否属于某个特定类及其所有基类的实例,这和equals() / ==不一样,它们用来比较两个对象是否属于同一个类的实例,没有考虑继承关系。   反射        如果不知道某个对象的类型,可以通过RTTI来获取,但前提是这个类型在编译时必须已知,这样才能使用RTTI来识别。即在编译时,编译器必须知道所有通过RTTI来处理的类。 使用反射机制可以不受这个限制,它主要应用于两种情况,第一个是“基于构件的编程”,在这种编程方式中,将使用某种基于快速应用开发(RAD)的应用构建工具来构建项目。这是现在最常见的可视化编程方法,通过代表不同组件的图标拖动到图板上来创建程序,然后设置构件的属性值来配置它们。这种配置要求构件都是可实例化的,并且要暴露其部分信息,使得程序员可以读取和设置构件的值。当处理GUI时间的构件时还必须暴露相关方法的细细,以便RAD环境帮助程序员覆盖这些处理事件的方法。在这里,就要用到反射的机制来检查可用的方法并返回方法名。Java通过JavaBeans提供了基于构件的编程架构。        第二种情况,在运行时获取类的信息的另外一个动机,就是希望能够提供在跨网络的远程平台上创建和运行对象的能力。这被成为远程调用(RMI),它允许一个Java程序将对象分步在多台机器上,这种分步能力将帮助开发人员执行一些需要进行大量计算的任务,充分利用计算机资源,提高运行速度。        Class支持反射,java.lang.reflect中包含了Field/Method/Constructor类,每个类都实现了Member接口。这些类型的对象都是由JVM在运行时创建的,用来表示未知类里对应的成员。如可以用Constructor类创建新的对象,用get()和set()方法读取和修改与Field对象关联的字段,用invoke()方法调用与Method对象关联的方法。同时,还可以调用getFields()、getMethods()、getConstructors()等方法来返回表示字段、方法以及构造器的对象数组。这样,未知的对象的类信息在运行时就能被完全确定下来,而在编译时不需要知道任何信息。        另外,RTTI有时能解决效率问题。当程序中使用多态给程序的运行带来负担的时候,可以使用RTTI编写一段代码来提高效率。   这是什么?当然是实例化一个对象了.可是这种实例化对象的方法存在一个问题,那就是必须要知道类名才可以实例化它的对象,这样我们在应用方面就会受到限制.那么有没有这样一种方式,让我们不知道这个类的类名就可以实例化它的对象呢?Thank Goodness!幸亏我们用的是java, java就提供了这样的机制.1).java程序在运行时可以获得任何一个类的字节码信息,包括类的修饰符(public,static等),基类(超类,父类),实现的接口,字段和方法等信息.2).java程序在运行时可以根据字节码信息来创建该类的实例对象,改变对象的字段内容和调用对象方法.这样的机制就叫反射技术.可以想象光学中的反射,就像我们照镜子,镜子中又出现一个自己(比喻可能不太恰当,但是足以表达清楚意思了).反射技术提供了一种通用的动态连接程序组件的方法,不必要把程序所需要的目标类硬编码到源程序中,从而使得我们可以创建灵活的程序.Java的反射机制是通过反射API来实现的,它允许程序在运行过程中取得任何一个已知名称的类的内部信息.反射API位于java.lang.reflect包中.主要包括以下几类:1).Constructor类:用来描述一个类的构造方法2).Field类:用来描述一个类的成员变量3).Method类:用来描述一个类的方法.4).Modifer类:用来描述类内各元素的修饰符5).Array:用来对数组进行操作.Constructor,Field,Method这三个类都是JVM(虚拟机)在程序运行时创建的,用来表示加载类中相应的成员.这三个类都实现了java.lang.reflect.Member接口,Member接口定义了获取类成员或构造方法等信息的方法.要使用这些反射API,必须先得到要操作的对象或类的Class类的实例.通过调用Class类的newInstance方法(只能调用类的默认构造方法)可以创建类的实例.这样有局限性,我们可以先冲类的Class实例获取类需要的构造方法,然后在利用反射来创建类的一个实例.一.获取类的构造方法的Constructor对象(数组)    ● Constructor[] getDeclaredConstructors();返回已加载类声明的所有的构造方法的Constructor对象数组.  ● Constructor  getDeclaredConstructor(Class[] paramTypes);返回已加载类声明的指定构造方法的Constructor对象,paramTypes指定了参数类型.  ● Constructor[] getConstructors();返回已加载类声明的所有的public类型的构造方法的Constructor对象数组.  ● Constructor  getConstructor(Class[] paramTypes);返回已加载类声明的指定的public类型的构造方法的Constructor对象,paramTypes指定了参数类型.如果某个类中没有定义构造方法,第一个和第三个方法返回的数组中只有一个元素,就是缺省的构造方法;如果某个类中只定义了有参数的构造函数,而没有定义缺省构造函数,第一个和第三个方法返回的数组中不包含缺省的构造方法.例子:import java.lang.reflect.*;public class DumpMethods {  public static void main(String[] args) {  try{      if(args.length<1){            System.out.println("请输入完整的类名:");            return;      }      Class strClass=Class.forName(args[0]);        //检索带有指定参数的构造方法        Class[] strArgsClass=new Class[]{ byte[].class,String.class};        Constructor constructor=strClass.getConstructor(strArgsClass);        System.out.println("Constructor:"+constructor.toString());          //调用带有参数的构造方法创建实例对象object        byte[] bytes="java就业培训".getBytes();        Object[] strArgs=new Object[]{bytes,"gb2312"};        Object object=constructor.newInstance(strArgs);        System.out.println("Object"+object.toString());        }catch(Exception e){                e.printStackTrace();        }   }}运行结果: 二.获取类成员变量的Field对象(数组)●Field[] getDeclaredFields():返回已加载类声明的所有成员变量的Field对象数组,不包括从父类继承的成员变量.●Field  getDeclaredField(String name):返回已加载类声明的所有成员变量的Field对象,不包括从父类继承的成员变量,参数name指定成员变量的名称.●Field[] getFields():返回已加载类声明的所有public型的成员变量的Field对象数组,包括从父类继承的成员变量●Field  getField(String name):返回已加载类声明的所有成员变量的Field对象,包括从父类继承的成员变量,参数name指定成员变量的名称.例子:import java.lang.reflect.*;public class ReflectTest {        private String name;        private String age;        public ReflectTest(String name,String age){                this.name=name;              this.age=age;        }         public static void main(String[] args) {            // TODO 自动生成方法存根            try{                  ReflectTest rt=new ReflectTest("zhanghandong","shiba");                fun(rt);            }catch(Exception e){                    e.printStackTrace();            }        }        public static void fun(Object obj) throws Exception{              Field[] fields=obj.getClass().getDeclaredFields();              System.out.println("替换之前的:");               for(Field field:fields){                    System.out.println(field.getName()+"="+field.get(obj));                   if(field.getType().equals(java.lang.String.class)){                          field.setAccessible(true);  //必须设置为true才可以修改成员变量                          String org=(String)field.get(obj);                        field.set(obj,org.replaceAll("a","b"));                  }          }                System.out.println("替换之后的:");        for(Field field:fields){                System.out.println(field.getName()+"="+field.get(obj));         }        }}运行结果如下: 三.获取类的方法的Method对象(数组)●Method[] getDeclaredMethods():返回已加载类声明的所有方法的Method对象数组,不包括从父类继承的方法.●Method  getDeclaredMethod(String name,Class[] paramTypes):返回已加载类声明的所有方法的Method对象,不包括从父类继承的方法,参数name指定方法的名称,参数paramTypes指定方法的参数类型.●Method[] getMethods():返回已加载类声明的所有方法的Method对象数组,包括从父类继承的方法.●Method  getMethod(String name,Class[] paramTypes):返回已加载类声明的所有方法的Method对象,包括从父类继承的方法,参数name指定方法的名称,参数paramTypes指定方法的参数类型.四.检索类的其他信息●int  getModifiers():返回已加载类的修饰符的整形标识值.●Package getPackage():返回已加载类的包名●Class  getSuperclass():返回已加载类的父类的Class实例.●Class  []  getInterfaces():返回已加载类实现的接口的Class对象数组.●boolean  isInterface():返回已加载类是否是接口.反射的功能很强大,但是使用不当可能会缺点大于优点,反射使代码逻辑混乱,会带来维护的问题.  运用JavaBean 的最常见的问题是:根据指定的类名,类字段名和所对应的数据,得到该类的实例,下面的一个例子演示了这一实现。 -|Base.java //抽象基类 |Son1.java //基类扩展1 |Son2.java //基类扩展2 |Util.java /** * @author metaphy * create 2005-4-14 9:06:56 * 说明: */ (1)Base.java 抽象基类只是一个定义 public abstract class Base { } (2)Son1.java /Son2.java 是已经实现的JavaBean public class Son1 extends Base{ private int id ; private String name ; public int getId() { return id; } public void setId(int id) { this.id = id; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public void son1Method(String s){ System.out.println(s) ; } } (3) public class Son2 extends Base{ private int id; private double salary; public int getId() { return id; } public void setId(int id) { this.id = id; } public double getSalary() { return salary; } public void setSalary(double salary) { this.salary = salary; } } (4)Util.java 演示了如何根据指定的类名,类字段名和所对应的数据,得到一个类的实例 import java.lang.reflect.Method; public class Util { //此方法的最大好处是没有类名Son1,Son2 可以通过参数来指定,程序里面根本不用出现 public static Base convertStr2ServiceBean(String beanName,String fieldSetter,String paraValue){ Base base = null ; try { Class cls = Class.forName(beanName) ; base = (Base)cls.newInstance() ; Class[] paraTypes = new Class[]{String.class }; Method method = cls.getMethod(fieldSetter, paraTypes) ; String[] paraValues = new String[]{paraValue} ; method.invoke(base, paraValues) ; } catch (Throwable e) { System.err.println(e); } return base ; } public static void main(String[] args){ Son1 son1 =(Son1) Util.convertStr2ServiceBean("trying.reflect.Son1","setName","wang da sha"); System.out.println("son1.getName() :"+son1.getName()) ; } } //调用结果: //son1.getName() :wang da sha 谢谢!希望能给大家一点启发! -------------------- 附: //下面这篇文档来源于Internet,作者不详 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。 import java.lang.reflect.*; public class DumpMethods { public static void main(String args[]) { try { Class c = Class.forName(args[0]); Method m[] = c.getDeclaredMethods(); for (int i = 0; i < m.length; i++) System.out.println(m[i].toString()); } catch (Throwable e) { System.err.println(e); } } } 按如下语句执行: java DumpMethods java.util.Stack 它的结果输出为: public java.lang.Object java.util.Stack.push(java.lang.Object) public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.pop() public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.peek() public boolean java.util.Stack.empty() public synchronized int java.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: Class c = Class.forName("java.lang.String"); Method m[] = 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: class A { } public class instance1 { public static void main(String args[]) { try { Class cls = Class.forName("A"); boolean b1 = cls.isInstance(new Integer(37)); System.out.println(b1); boolean b2 = cls.isInstance(new A()); System.out.println(b2); } catch (Throwable e) { System.err.println(e); } } } 在这个例子中创建了一个 A 类的 Class 对象,然后检查一些对象是否是 A 的实例。Integer(37) 不是,但 new A() 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: import java.lang.reflect.*; public class method1 { private int f1(Object p, int x) throws NullPointerException { if (p == null) throw new NullPointerException(); return x; } public static void main(String args[]) { try { Class cls = Class.forName("method1"); Method methlist[] = cls.getDeclaredMethods(); for (int i = 0; i < methlist.length; i++) { Method m = methlist[i]; System.out.println("name = " + m.getName()); System.out.println("decl class = " + m.getDeclaringClass()); Class pvec[] = m.getParameterTypes(); for (int j = 0; j < pvec.length; j++) System.out.println("param #" + j + " " + pvec[j]); Class evec[] = m.getExceptionTypes(); for (int j = 0; j < evec.length; j++) System.out.println("exc #" + j + " " + evec[j]); System.out.println("return type = " + m.getReturnType()); System.out.println("-----"); } } catch (Throwable e) { 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 decl class = class method1 param #0 class java.lang.Object param #1 int exc #0 class java.lang.NullPointerException return type = int ----- name = main decl class = class method1 param #0 class [Ljava.lang.String; return type = 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: import java.lang.reflect.*; public class constructor1 { public constructor1() { } protected constructor1(int i, double d) { } public static void main(String args[]) { try { Class cls = Class.forName("constructor1"); Constructor ctorlist[] = cls.getDeclaredConstructors(); for (int i = 0; i < ctorlist.length; i++) { Constructor ct = ctorlist[i]; System.out.println("name = " + ct.getName()); System.out.println("decl class = " + ct.getDeclaringClass()); Class pvec[] = ct.getParameterTypes(); for (int j = 0; j < pvec.length; j++) System.out.println("param #" + j + " " + pvec[j]); Class evec[] = ct.getExceptionTypes(); for (int j = 0; j < evec.length; j++) System.out.println("exc #" + j + " " + evec[j]); System.out.println("-----"); } } catch (Throwable e) { 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 decl class = class constructor1 ----- name = constructor1 decl class = class constructor1 param #0 int param #1 double ----- 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: import java.lang.reflect.*; public class field1 { private double d; public static final int i = 37; String s = "testing"; public static void main(String args[]) { try { Class cls = Class.forName("field1"); Field fieldlist[] = cls.getDeclaredFields(); for (int i = 0; i < fieldlist.length; i++) { Field fld = fieldlist[i]; System.out.println("name = " + fld.getName()); System.out.println("decl class = " + fld.getDeclaringClass()); System.out.println("type = " + fld.getType()); int mod = fld.getModifiers(); System.out.println("modifiers = " + Modifier.toString(mod)); System.out.println("-----"); } } catch (Throwable e) { 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 decl class = class field1 type = double modifiers = private ----- name = i decl class = class field1 type = int modifiers = public static final ----- name = s decl class = class field1 type = class java.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: import java.lang.reflect.*; public class method2 { public int add(int a, int b) { return a + b; } public static void main(String args[]) { try { Class cls = Class.forName("method2"); Class partypes[] = new Class[2]; partypes[0] = Integer.TYPE; partypes[1] = Integer.TYPE; Method meth = cls.getMethod("add", partypes); method2 methobj = new method2(); Object arglist[] = new Object[2]; arglist[0] = new Integer(37); arglist[1] = new Integer(47); Object retobj = meth.invoke(methobj, arglist); Integer retval = (Integer) retobj; System.out.println(retval.intvalue()); } catch (Throwable e) { 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: import java.lang.reflect.*; public class constructor2 { public constructor2() { } public constructor2(int a, int b) { System.out.println("a = " + a + " b = " + b); } public static void main(String args[]) { try { Class cls = Class.forName("constructor2"); Class partypes[] = new Class[2]; partypes[0] = Integer.TYPE; partypes[1] = Integer.TYPE; Constructor ct = cls.getConstructor(partypes); Object arglist[] = new Object[2]; arglist[0] = new Integer(37); arglist[1] = new Integer(47); Object retobj = ct.newInstance(arglist); } catch (Throwable e) { 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: import java.lang.reflect.*; public class field2 { public double d; public static void main(String args[]) { try { Class cls = Class.forName("field2"); Field fld = cls.getField("d"); field2 f2obj = new field2(); System.out.println("d = " + f2obj.d); fld.setDouble(f2obj, 12.34); System.out.println("d = " + f2obj.d); } catch (Throwable e) { 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: import java.lang.reflect.*; public class array1 { public static void main(String args[]) { try { Class cls = Class.forName("java.lang.String"); Object arr = Array.newInstance(cls, 10); Array.set(arr, 5, "this is a test"); String s = (String) Array.get(arr, 5); System.out.println(s); } catch (Throwable e) { 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: import java.lang.reflect.*; public class array2 { public static void main(String args[]) { int dims[] = new int[]{5, 10, 15}; Object arr = Array.newInstance(Integer.TYPE, dims); Object arrobj = Array.get(arr, 3); Class cls = arrobj.getClass().getComponentType(); System.out.println(cls); arrobj = Array.get(arrobj, 5); Array.setInt(arrobj, 10, 37); int arrcast[][][] = (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。  

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