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Java反射机制深度剖析原创

6月前
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Java反射机制是Java语言中一种很重要的机制,可能在工作中用到的机会不多,但是在很多框架中都有用到这种机制。我们知道Java是一门静态语言,在程序编译时变量的数据类型都已经确定,那么在Java运行时环境中,对于任意一个类,我们能否知道这个类有哪些属性和方法?对于任意一个对象,能否调用它的任意一个方法?答案是肯定的。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的反射机制(Reflection)。

1、Java反射机制提供的功能

主要提供了以下几个功能:

1)在运行时判断任意一个对象所属的类;

2)在运行时构造任意一个类的对象;

3)在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法;

4)在运行时调用任意一个对象的方法。

反射让Java具有了动态的特性,这种机制允许程序在运行时透过Reflection API获取任意一个已知名称的类的内部信息,包括成员变量(fields)、方法(methods)、实现的接口(interfaces)、Java语言修饰符(modifiers)以及它的父类(superclass)等等,并可在运行时改变成员变量的内容或调用方法。

2、Java Reflection API

在JDK中,提供了以下类来实现Java反射机制,这些类都位于java.lang.reflect包下:

Class类:代表一个类(注意:Class类位于java.lang包下);

Field类:代表类的成员变量;

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。

通过API提供的这些类里的方法,我们可以动态获取想要的类的内部信息。

 3、获取类的Class对象

Class类的实例表示正在运行的Java程序中的类和接口,每一个类都有对应的Class对象,不管一个类生成了多少个对象,这些对象都对应内存里的同一个Class对象。Class类没有public的构造方法,Class对象是在加载类时由Java虚拟机自动构建的。

有以下几种方式来获取一个类的Class对象:

1)Class类提供的静态方法:forName(String className),参数className表示所需类的完全限定名。     

public class GetClassObject {

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

         Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String");

         System.out.println(classType);//输出:class java.lang.String
     }

 }

2)运用.class语法 

1 public class GetClassObject {
 2     
 3     public static void main(String[] args) throws Exception {
 4         
 5         Class<?> classType = String.class;
 6         
 7         System.out.println(classType);//输出:class java.lang.String
 8     }
 9 
10 }

  3)Object类提供的方法:getClass()

 1 public class GetClassObject {
 2     
 3     public static void main(String[] args) throws Exception {
 4         
 5         Map map = new HashMap();
 6         Class<?> classType = map.getClass();
 7         
 8         System.out.println(classType);//输出:class java.util.HashMap
 9     }
10 
11 }

  4、获取类的Field(成员变量)对象

类的每一个成员变量都对应一个Field对象,Class类提供了以下方法来获取类的成员变量对应的Field对象:

1)Field getDeclaredField(String name):根据传入的变量名称返回此Class对象所表示的类或接口中声明的变量对应的Field对象。

2)Field[] getDeclaredFields():返回一个Field类型的数组,包含此Class对象所表示的类或接口中声明的所有变量的Field对象。

3)Field getField(String name):根据传入的变量名返回一个Field对象,注意与getDeclaredField(String name)不同的是,此方法返回的是public变量对应的Field对象。

4)Field[] getFields():返回一个Field类型的数组,注意与Field[] getDeclaredFields()方法不同的是,此方法返回的是所有public变量对应的Field对象。

代码示例:

1 public class GetFieldObject {
 2     
 3     public static void main(String[] args) throws Exception {
 4         
 5         //首先,获得String类的Class对象
 6         Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String");
 7         
 8         //获得String类中声明的所有成员变量的Field对象的数组
 9         Field[] fields = classType.getDeclaredFields();
10         for(Field field : fields){
11             System.out.println(field);
12         }    
13         
14         System.out.println("---------------------------------------------------------------------");
15         
16         //获得String类中声明的public成员变量的Field对象的数组
17         Field[] publicFields = classType.getFields();
18         for(Field field : publicFields){
19             System.out.println(field);
20         }
21         
22     }
23 
24 }

输出结果:

      

从结果输出可以看出getDeclaredFields()与getFields()的区别:getDeclaredFields()返回的是所有属性的Field对象;而getFields()返回的是声明为public的属性的Field对象。 

5、获取类的Method对象

类中的每一个方法都对应一个Method对象,Class类提供了以下方法来获取类中的方法对应的Method对象:

1)Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes):返回一个Method对象,参数name表示方法名,可变参数parameterTypes是一个Class对象的数组,代表方法的参数的Class类型;

2)Method[] getDeclaredMethods():返回Method对象的一个数组,这些对象反映此Class对象所表示的类或接口声明的所有方法,包括公共、保护、默认访问和私有方法,但不包括继承的方法;

3)Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes):返回一个Method对象,注意和此Method对象对应的方法是公共(public)方法;

4)Method[] getMethods():返回一个Method数组,这些对象反映此Class对象所表示的类或接口中声明的公共(public)方法(也包括父类或父接口中声明的public方法)。
代码示例: 

 1 public class GetMethodObject {
 2     
 3     public static void main(String[] args) throws Exception {
 4         
 5         //首先,获得类的Class对象
 6         Class<?> classType = Class.forName("java.lang.reflect.Proxy");
 7         
 8         //获得类中声明的所有方法的Method对象的数组,不包括继承的父类的方法
 9         Method[] methods = classType.getDeclaredMethods();
10         for(Method method : methods){
11             System.out.println(method);
12         }    
13         
14         System.out.println("----------------------------------------------------------------------");
15         
16         //获得类中的public方法的Method对象的数组,也包括继承的父类的public方法
17         Method[] publicMethods = classType.getMethods();
18         for(Method method : publicMethods){
19             System.out.println(method);
20         }
21         
22     }
23 
24 }
输出结果:

      

 

6、用反射机制调用对象的方法

Java反射机制可以在运行时动态调用类中的方法,Java Reflection API提供了我们所需的方法来完成动态调用。要想调用类中的方法首先要创建一个对象,我们通过类的Class对象来创建它所代表的类的实例,通过Class对象我们还能获得类中声明的方法的Method对象,Method类提供了Invoke方法来调用此Method对象所表示的方法。反射机制调用方法代码示例如下:

1 public class InvokeTester {
 2     
 3     public static int add(int a, int b){
 4         return a + b;
 5     }
 6     
 7     public static String echo(String str){
 8         return "hello "+str;
 9     }
10     
11     
12     public static void main(String[] args) throws Exception {
13 //        InvokeTester invoke = new InvokeTester();
14 //        System.out.println(invoke.add(1, 2));
15 //        System.out.println(invoke.echo("tom"));
16         
17         
18         //用反射机制调用,首先获得类的Class对象
19         Class<?> classType = InvokeTester.class;
20         
21         //通过Class对象获得一个InvokeTester类的实例
22         Object invoke = classType.newInstance();
23         
24         //获得add(int a, int b)方法的Method对象,getMethod方法的参数为方法名和方法参数类型的Class对象的数组
25         Method addMethod = classType.getMethod("add", int.class, int.class);
26         
27         //通过Method类的invoke方法,调用invoke对象的add方法
28         Object result = addMethod.invoke(invoke, 1, 2);
29         
30         System.out.println(result);
31         
32         Method echoMethod = classType.getMethod("echo", String.class);
33         
34         Object result2 = echoMethod.invoke(invoke, "Tom");
35         
36         System.out.println(result2);
37         
38     }
39 }

   

7、用反射机制调用类的私有方法

我们知道正常情况下一个类的私有方法只允许这个类本身来调用,但使用反射机制能打破这种访问限制,让其他的类也能调用这个类的私有的方法。这种场景在实际开发中很少用到,Java也不提倡这种用法。代码示例如下:  

public class Private {

    //定义一个私有方法
    private String sayHello(String name){
        return "hello, "+name;
    }

}


public class PrivateTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //调用Private类的私有方法
        Private p = new Private();

        Class<?> classType = p.getClass();

        Method method = classType.getDeclaredMethod("sayHello", String.class);

        method.setAccessible(true);//取消Java访问检查,如果不设置此项则会报错

        String str = (String)method.invoke(p, "Tracy");

        System.out.println(str);//输出:hello, Tracy
    }

}

Method、Field、Constructor类有一个共同的父类AccessibleObject类,它提供了将反射的对象标记为在使用时取消默认Java语言访问控制检查的能力。在上面的代码中,我们在反射对象Method中设置accessible标志,它允许程序以某种通常禁止的方式来操作对象。

8、用反射机制操作类的私有变量

与前面调用类的私有方法类似,通过反射我们还能操作类的私有变量,代码示例如下: 

 1 public class Private2 {
 2     //定义私有变量
 3     private String name = "zhangsan";
 4     
 5     public String getName(){
 6         return name;
 7     }
 8 }
 9 
10 
11 public class PrivateTest2 {
12     
13     public static void main(String[] args) throws Exception {
14         //改变Private2类的私有变量的值
15         Private2 p = new Private2();
16         
17         Class<?> classType = p.getClass();
18         
19         Field field = classType.getDeclaredField("name");
20         
21         field.setAccessible(true);//取消默认java访问控制检查,Field类的父类AccessibleObject类提供的方法
22         
23         field.set(p, "lisi");//Field类的set(Object obj, Object value)方法将指定对象上此Field对象表示的字段设置为指定的新值
24         
25         System.out.println(p.getName());//输出:lisi
26         
27     }
28     
29 }

 以上这些内容,我介绍了Java反射机制的中涉及的主要的几个类以及这些类的基本用法,这些类中还有很多的方法,大家可以通过查看API进行了解,用法都很简单。Java反射机制在很多框架的底层实现中有用到,还有一种很重要的设计模式也用到了反射,那就是代理模式中的动态代理,了解了动态代理模式的思想对我们研究框架有很大帮助,我会在后面的博客中介绍这些内容,欢迎大家共同探讨。

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分类:标签:
猪杂汤饭
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