Java反射机制深入研究
Java反射是Java语言的一个很重要的特征，它使得Java具体了“动态性”。
在Java运行时环境中，对于任意一个类，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。
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。
下面给出几个例子看看Reflection API的实际运用：
一、通过Class类获取成员变量、成员方法、接口、超类、构造方法等
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。
Class<? super T> getSuperclass()：返回本类的父类
Type getGenericSuperclass()：返回本类的父类，包含泛型参数信息
Type[] getGenericInterfaces()：以Type的形式返回本类直接实现的接口，这样就包含了泛型参数信息
Class[] getInterfaces()：返回本类直接实现的接口.不包含泛型参数信息
下面给出一个综合运用的例子：
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Type;
publicclass RefConstructor {
publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception {
RefConstructor ref =new RefConstructor();
ref.getConstructor();
}
publicvoid getConstructor() throws Exception {
Class c =null;
c = Class.forName("java.lang.Long");
Class cs[] = { java.lang.String.class };
System.out.println("\n--------------构造器的使用-----------------\n");
Constructor cst1 = c.getConstructor(cs);
System.out.println("1、通过参数获取指定Class对象的构造方法：");
System.out.println(cst1.toString());
Constructor cst2 = c.getDeclaredConstructor(cs);
System.out.println("2、通过参数获取指定Class对象所表示的类或接口的构造方法：");
System.out.println(cst2.toString());
Constructor cst3 = c.getEnclosingConstructor();
System.out.println("3、获取本地或匿名类Constructor对象，它表示基础类的立即封闭构造方法。");
if (cst3 !=null) System.out.println(cst3.toString());
else System.out.println("没有获取到任何构造方法！");
//Constructor[] csts = c.getDeclaredConstructors(); //获取所有的构造器
Constructor[] csts = c.getConstructors(); //获取public类型的构造器
System.out.println("4、获取指定Class对象的所有构造方法：");
for (int i =0; i < csts.length; i++) {
System.out.println(csts[i].toString());
}
System.out.println("\n--------------类型的使用-----------------\n");
Type types1[] = c.getGenericInterfaces(); //获取实现的接口
System.out.println("1、返回直接实现的接口：");
for (int i =0; i < types1.length; i++) {
System.out.println(types1[i].toString());
}
Type type1 = c.getGenericSuperclass(); ////获取父类
System.out.println("2、返回直接超类：");
System.out.println(type1.toString());
Class[] cis = c.getClasses();
System.out.println("3、返回超类和所有实现的接口：");
System.out.println("length="+cis.length);
for (int i =0; i < cis.length; i++) {
System.out.println(cis[i].toString());
}
Class cs1[] = c.getInterfaces();
System.out.println("4、实现的接口");
for (int i =0; i < cs1.length; i++) {
System.out.println(cs1[i].toString());
}
System.out.println("5、父类");
System.out.println(c.getSuperclass());
System.out.println("\n--------------成员变量的使用-----------------\n");
Field fs1[] = c.getFields(); //获取PUBLIC类型的属性
System.out.println("1、类或接口的所有可访问公共字段：");
for (int i =0; i < fs1.length; i++) {
System.out.println(fs1[i].toString());
}
Field f1 = c.getField("MIN_VALUE"); //获取指定的属性
System.out.println("2、类或接口的指定已声明指定公共成员字段：");
System.out.println(f1.toString());
Field fs2[] = c.getDeclaredFields(); //获取所有的属性
System.out.println("3、类或接口所声明的所有字段：");
for (int i =0; i < fs2.length; i++) {
System.out.println(fs2[i].toString());
}
Field f2 = c.getDeclaredField("serialVersionUID");
System.out.println("4、类或接口的指定已声明指定字段：");
System.out.println(f2.toString());
System.out.println("\n--------------成员方法的使用-----------------\n");
//Method m1[] = c.getDeclaredMethods();
Method m1[] = c.getMethods();
System.out.println("1、返回类所有的公共成员方法：");
for (int i =0; i < m1.length; i++) {
System.out.println(m1[i].toString());
}
//Method m2 = c.getDeclaredMethod("longValue", new Class[]{});
Method m2 = c.getMethod("longValue", new Class[]{});
System.out.println("2、返回指定公共成员方法：");
System.out.println(m2.toString());
}
}
运行结果为：
1、通过参数获取指定Class对象的构造方法：
public java.lang.Long(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
2、通过参数获取指定Class对象所表示的类或接口的构造方法：
public java.lang.Long(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
3、获取本地或匿名类Constructor对象，它表示基础类的立即封闭构造方法。
没有获取到任何构造方法！
4、获取指定Class对象的所有构造方法：
public java.lang.Long(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
public java.lang.Long(long)
--------------类型的使用-----------------
1、返回直接实现的接口：
java.lang.Comparable<java.lang.Long>
2、返回直接超类：
class java.lang.Number
3、返回超类和所有实现的接口：
length=0
4、实现的接口
interface java.lang.Comparable
5、父类
class java.lang.Number
--------------成员变量的使用-----------------
1、类或接口的所有可访问公共字段：
publicstaticfinallong java.lang.Long.MIN_VALUE
publicstaticfinallong java.lang.Long.MAX_VALUE
publicstaticfinal java.lang.Class java.lang.Long.TYPE
publicstaticfinalint java.lang.Long.SIZE
2、类或接口的指定已声明指定公共成员字段：
publicstaticfinallong java.lang.Long.MIN_VALUE
3、类或接口所声明的所有字段：
publicstaticfinallong java.lang.Long.MIN_VALUE
publicstaticfinallong java.lang.Long.MAX_VALUE
publicstaticfinal java.lang.Class java.lang.Long.TYPE
privatefinallong java.lang.Long.value
publicstaticfinalint java.lang.Long.SIZE
privatestaticfinallong java.lang.Long.serialVersionUID
4、类或接口的指定已声明指定字段：
privatestaticfinallong java.lang.Long.serialVersionUID
--------------成员方法的使用-----------------
1、返回类所有的公共成员方法：
publicint java.lang.Long.hashCode()
publicstaticlong java.lang.Long.reverseBytes(long)
publicint java.lang.Long.compareTo(java.lang.Object)
publicint java.lang.Long.compareTo(java.lang.Long)
publicstatic java.lang.Long java.lang.Long.getLong(java.lang.String)
publicstatic java.lang.Long java.lang.Long.getLong(java.lang.String,long)
publicstatic java.lang.Long java.lang.Long.getLong(java.lang.String,java.lang.Long)
publicboolean java.lang.Long.equals(java.lang.Object)
publicstatic java.lang.String java.lang.Long.toString(long)
publicstatic java.lang.String java.lang.Long.toString(long,int)
public java.lang.String java.lang.Long.toString()
publicstatic java.lang.String java.lang.Long.toHexString(long)
publicstatic java.lang.Long java.lang.Long.decode(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
publicstatic java.lang.Long java.lang.Long.valueOf(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
publicstatic java.lang.Long java.lang.Long.valueOf(long)
publicstatic java.lang.Long java.lang.Long.valueOf(java.lang.String,int) throws java.lang.NumberFormatException
publicstaticlong java.lang.Long.reverse(long)
publicbyte java.lang.Long.byteValue()
publicdouble java.lang.Long.doubleValue()
publicfloat java.lang.Long.floatValue()
publicint java.lang.Long.intValue()
publiclong java.lang.Long.longValue()
publicshort java.lang.Long.shortValue()
publicstaticint java.lang.Long.bitCount(long)
publicstaticlong java.lang.Long.highestOneBit(long)
publicstaticlong java.lang.Long.lowestOneBit(long)
publicstaticint java.lang.Long.numberOfLeadingZeros(long)
publicstaticint java.lang.Long.numberOfTrailingZeros(long)
publicstaticlong java.lang.Long.rotateLeft(long,int)
publicstaticlong java.lang.Long.rotateRight(long,int)
publicstaticint java.lang.Long.signum(long)
publicstatic java.lang.String java.lang.Long.toBinaryString(long)
publicstatic java.lang.String java.lang.Long.toOctalString(long)
publicstaticlong java.lang.Long.parseLong(java.lang.String,int) throws java.lang.NumberFormatException
publicstaticlong java.lang.Long.parseLong(java.lang.String) throws java.lang.NumberFormatException
publicfinalvoid java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
publicfinalvoid java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
publicfinalnativevoid java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
publicfinalnative java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
publicfinalnativevoid java.lang.Object.notify()
publicfinalnativevoid java.lang.Object.notifyAll()
2、返回指定公共成员方法：
publiclong java.lang.Long.longValue()
二、运行时复制对象
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。
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* 模拟运行时复制对象
*
* @author jiqinlin
*
*/
publicclass 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];
String fieldName = field.getName();
String firstLetter = fieldName.substring(0, 1).toUpperCase();
// 获得和属性对应的getXXX()方法的名字
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
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;
}
publicstaticvoid 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());
}
}
publicclass Customer {
private Long id;
private String name;
privateint age;
public Customer() {
}
public Customer(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public Long getId() {
return id;
}
publicvoid setId(Long id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
publicvoid setName(String name) {
this.name = name;
}
publicint getAge() {
return age;
}
publicvoid setAge(int age) {
this.age = age;
}
}
运行结果为：
id:1
name:Tom
age:21
Copy information:1 Tom 21
解说：
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());
（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
三、用反射机制调用对象的方法
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* 用反射机制调用对象的方法
*
* @author jiqinlin
*
*/
publicclass InvokeTester {
publicint add(int param1, int param2) {
return param1 + param2;
}
public String echo(String msg) {
return"echo: "+ msg;
}
publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception {
Class<?> classType = InvokeTester.class;
Object invokeTester = classType.newInstance();
// Object invokeTester = classType.getConstructor(new
// Class[]{}).newInstance(new Object[]{});
// 获取InvokeTester类的add()方法
Method addMethod = classType.getMethod("add", new Class[] { int.class, int.class });
// 调用invokeTester对象上的add()方法
Object result = addMethod.invoke(invokeTester, new Object[] {new Integer(100), new Integer(200) });
System.out.println((Integer) result);
// 获取InvokeTester类的echo()方法
Method echoMethod = classType.getMethod("echo", new Class[] { String.class });
// 调用invokeTester对象的echo()方法
result = echoMethod.invoke(invokeTester, new Object[] { "Hello" });
System.out.println((String) result);
}
}
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)});
System.out.println((Integer)result); //result 为Integer类型
四、动态创建和访问数组
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
import java.lang.reflect.Array;
/**
* 动态创建和访问数组
*
* @author jiqinlin
*
*/
publicclass ArrayTester1 {
publicstaticvoid main(String args[]) throws Exception {
Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String");
// 创建一个长度为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);
}
}
深入认识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：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classes一样继承自Object，其实体用以表达Java程序运行时的classes和interfaces，也用来表达enum、array、primitive Java types
（boolean, byte, char, short, int, long, float, double）以及关键词void。当一个class被加载，或当加载器（class loader）的defineClass()被JVM调用，JVM 便自动产生一个Class 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public constructor
Class是Reflection起源。针对任何您想探勘的class，唯有先为它产生一个Class object，接下来才能经由后者唤起为数十多个的Reflection APIs
Java允许我们从多种途径为一个class生成对应的Class对象。参看本人的《 深入研究java.long.Class类 》一文。
欲生成对象实体，在Reflection 动态机制中有两种作法，一个针对“无自变量ctor”，一个针对“带参数ctor”。如果欲调用的是“带参数ctor“就比较麻烦些，不再调用Class的newInstance()，而是调用Constructor 的newInstance()。首先准备一个Class[]做为ctor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ctor。接下来再准备一个Object[] 做为ctor实参值（本例指定3.14159和125），调用上述专属ctor的newInstance()。
动态生成“Class object 所对应之class”的对象实体；无自变量。
这个动作和上述调用“带参数之ctor”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method。
四、运行时变更field内容
与先前两个动作相比，“变更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()。
package com.ljq.test;
import java.lang.reflect.Field;
/**
* 运行时变更field内容
*
* @author jiqinlin
*
*/
public class RefField {
public double x;
public Double y;
public static void main(String args[]) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Class c = RefField.class;
Field xf = c.getField("x");
Field yf = c.getField("y");
RefField obj =new RefField();
System.out.println("变更前x="+ xf.get(obj));
// 变更成员x值
xf.set(obj, 1.1);
System.out.println("变更后x="+ xf.get(obj));
System.out.println("变更前y="+ yf.get(obj));
// 变更成员y值
yf.set(obj, 2.1);
System.out.println("变更后y="+ yf.get(obj));
}
}
运行结果为
变更后x=1.1
变更前y=null
变更后y=2.1
