「基础」反射

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。

在JDK中，主要由以下类来实现Java反射机制：

  • Class类：代表一个类，位于java.lang包下。
  • 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。

反射的核心是JVM在运行时才动态加载类或调用方法/访问属性，它不需要事先（写代码的时候或编译期）知道运行对象是谁。

反射最重要的用途就是开发各种通用框架。

由于反射会额外消耗一定的系统资源，因此如果不需要动态地创建一个对象，那么就不需要用反射。另外，反射调用方法时可以忽略权限检查，因此可能会破坏封装性而导致安全问题。

获取Class对象

要想使用反射，首先需要获得待操作的类所对应的Class对象。

Java中，无论生成某个类的多少个对象，这些对象都会对应于同一个Class对象。这个Class对象是由JVM生成的，通过它能够获悉整个类的结构。

常用的获取Class对象的3种方式：

  • 使用Class类的静态方法：Class.forName("java.lang.String");
  • 使用类的.class语法：String.class;
  • 使用对象的getClass()方法：xxxx.getClass()

getClass()方法定义在Object类中，不是静态方法，需要通过对象来调用，并且它声明为final，表明不能被子类所覆写。

获取类名

从 Class 对象中获取两个版本的类名：

  • 通过 getName() 方法返回类的全限定类名（包含包名）
  • 使用 getSimpleName()获取类的名字(不包含包名)

获取Class对象的修饰符

可以通过 Class 对象来访问一个类的修饰符， 即public,private,static 等等的关键字，你可以使用如下方法来获取类的修饰符：

Class  aClass = ... //获取Class对象
int modifiers = aClass.getModifiers();

修饰符都被包装成一个int类型的数字，这样每个修饰符都是一个位标识(flag bit)，这个位标识可以设置和清除修饰符的类型。 可以使用 java.lang.reflect.Modifier 类中的方法来检查修饰符的类型：

Modifier.isAbstract(int modifiers);
Modifier.isFinal(int modifiers);
Modifier.isInterface(int modifiers);
Modifier.isNative(int modifiers);
Modifier.isPrivate(int modifiers);
Modifier.isProtected(int modifiers);
Modifier.isPublic(int modifiers);
Modifier.isStatic(int modifiers);
Modifier.isStrict(int modifiers);
Modifier.isSynchronized(int modifiers);
Modifier.isTransient(int modifiers);
Modifier.isVolatile(int modifiers);

获取包信息

可以使用 Class 对象通过如下的方式获取包信息：

Class  aClass = ... //获取Class对象
Package package = aClass.getPackage();

获取父类

通过 Class 对象你可以访问类的父类，如下例：

Class superclass = aClass.getSuperclass();

可以看到 superclass 对象其实就是一个 Class 类的实例，所以你可以继续在这个对象上进行反射操作。

获取实现的接口

可以通过如下方式获取指定类所实现的接口集合：

Class  aClass = ... //获取Class对象
Class[] interfaces = aClass.getInterfaces();

由于一个类可以实现多个接口，因此 getInterfaces(); 方法返回一个 Class 数组，在 Java 中接口同样有对应的 Class 对象。 注意：getInterfaces() 方法仅仅只返回当前类所实现的接口。当前类的父类如果实现了接口，这些接口是不会在返回的 Class 集合中的，尽管实际上当前类其实已经实现了父类接口。

获取构造器

我们可以通 过 Class 对象来获取 Constructor 类的实例：

Class aClass = ...//获取Class对象
Constructor[] constructors = aClass.getConstructors();

返回的 Constructor 数组包含每一个声明为公有的（Public）构造方法。 如果你知道你要访问的构造方法的方法参数类型，你可以用下面的方法获取指定的构造方法，这例子返回的构造方法的方法参数为 String 类型：

Class aClass = ...//获取Class对象
Constructor constructor = aClass.getConstructor(new Class[]{String.class});

如果没有指定的构造方法能满足匹配的方法参数则会抛出：NoSuchMethodException。

你可以通过如下方式获取指定构造方法的方法参数信息：

Constructor constructor = ... //获取Constructor对象
Class[] parameterTypes = constructor.getParameterTypes();

利用 Constructor 对象实例化一个类

Constructor constructor = MyObject.class.getConstructor(String.class);
MyObject myObject = (MyObject)constructor.newInstance("constructor-arg1");

constructor.newInstance()方法的方法参数是一个可变参数列表，但是当你调用构造方法的时候你必须提供精确的参数，即形参与实参必须一一对应。在这个例子中构造方法需要一个 String 类型的参数，那我们在调用 newInstance 方法的时候就必须传入一个 String 类型的参数。

获取Class对象的方法

可以通过 Class 对象获取 Method 对象，如下例：

Class aClass = ...//获取Class对象
Method[] methods = aClass.getMethods();

返回的 Method 对象数组包含了指定类中声明为公有的(public)的所有变量集合。

如果你知道你要调用方法的具体参数类型，你就可以直接通过参数类型来获取指定的方法，下面这个例子中返回方法对象名称是“doSomething”，它的方法参数是 String 类型：

Class  aClass = ...//获取Class对象
Method method = aClass.getMethod("doSomething", new Class[]{String.class});

如果根据给定的方法名称以及参数类型无法匹配到相应的方法，则会抛出 NoSuchMethodException。 如果你想要获取的方法没有参数，那么在调用 getMethod()方法时第二个参数传入 null 即可，就像这样：

Class  aClass = ...//获取Class对象
Method method = aClass.getMethod("doSomething", null);

获取指定方法的方法参数是哪些：

Method method = ... //获取Class对象
Class[] parameterTypes = method.getParameterTypes();

获取指定方法的返回类型：

Method method = ... //获取Class对象
Class returnType = method.getReturnType();

通过 Method 对象调用方法：

//获取一个方法名为doSomesthing，参数类型为String的方法
Method method = MyObject.class.getMethod("doSomething", String.class);
Object returnValue = method.invoke(null, "parameter-value1");

传入的 null 参数是你要调用方法的对象，如果是一个静态方法调用的话则可以用 null 代替指定对象作为 invoke()的参数，在上面这个例子中，如果 doSomething 不是静态方法的话，你就要传入有效的 MyObject 实例而不是 null。 Method.invoke(Object target, Object … parameters)方法的第二个参数是一个可变参数列表，但是你必须要传入与你要调用方法的形参一一对应的实参。就像上个例子那样，方法需要 String 类型的参数，那我们必须要传入一个字符串。

获取类的成员变量

通过如下方式访问一个类的成员变量：

Field[] method = aClass.getFields();

在通常的观点中从对象的外部访问私有变量以及方法是不允许的，但是 Java 反射机制可以做到这一点。使用这个功能并不困难，在进行单元测试时这个功能非常有效。

要想获取私有变量你可以调用 Class.getDeclaredField(String name)方法或者 Class.getDeclaredFields()方法。
Class.getField(String name)和 Class.getFields()只会返回公有的变量，无法获取私有变量。下面例子定义了一个包含私有变量的类，在它下面是如何通过反射获取私有变量的例子：
public class PrivateObject {

  private String privateString = null;

  public PrivateObject(String privateString) {
    this.privateString = privateString;
  }
}
PrivateObject privateObject = new PrivateObject("The Private Value");

Field privateStringField = PrivateObject.class.
            getDeclaredField("privateString");

privateStringField.setAccessible(true);

String fieldValue = (String) privateStringField.get(privateObject);
System.out.println("fieldValue = " + fieldValue);

这个例子会输出"fieldValue = The Private Value"，The Private Value 是 PrivateObject 实例的 privateString 私有变量的值，注意调用 PrivateObject.class.getDeclaredField(“privateString”)方法会返回一个私有变量，这个方法返回的变量是定义在 PrivateObject 类中的而不是在它的父类中定义的变量。 注意 privateStringField.setAccessible(true)这行代码，通过调用 setAccessible()方法会关闭指定类 Field 实例的反射访问检查，这行代码执行之后不论是私有的、受保护的以及包访问的作用域，你都可以在任何地方访问，即使你不在他的访问权限作用域之内。但是你如果你用一般代码来访问这些不在你权限作用域之内的代码依然是不可以的，在编译的时候就会报错。

获取泛型参数

下面这个例子定义了一个类这个类中的方法返回类型是一个泛型类型：

public class MyClass {

    protected List<String> stringList = ...;

    public List<String> getStringList(){
        return this.stringList;
    }
}

我们可以获取 getStringList()方法的泛型返回类型，换句话说，我们可以检测到 getStringList()方法返回的是 List 而不仅仅只是一个 List。如下例：

Method method = MyClass.class.getMethod("getStringList", null);

Type returnType = method.getGenericReturnType();

if(returnType instanceof ParameterizedType){
    ParameterizedType type = (ParameterizedType) returnType;
    Type[] typeArguments = type.getActualTypeArguments();
    for(Type typeArgument : typeArguments){
        Class typeArgClass = (Class) typeArgument;
        System.out.println("typeArgClass = " + typeArgClass);
    }
}
这段代码会打印出typeArgClass = java.lang.String，Type[]数组typeArguments 只有一个结果 —— 一个代表 java.lang.String 的 Class 类的实例。Class 类实现了 Type 接口。
同样可以通过反射来获取方法参数的泛型类型，下面这个例子定义了一个类，这个类中的方法的参数是一个被参数化的 List：
public class MyClass {
  protected List<String> stringList = ...;

  public void setStringList(List<String> list){
    this.stringList = list;
  }
}

你可以像这样来获取方法的泛型参数：

method = Myclass.class.getMethod("setStringList", List.class);

Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();

for(Type genericParameterType : genericParameterTypes){
    if(genericParameterType instanceof ParameterizedType){
        ParameterizedType aType = (ParameterizedType) genericParameterType;
        Type[] parameterArgTypes = aType.getActualTypeArguments();
        for(Type parameterArgType : parameterArgTypes){
            Class parameterArgClass = (Class) parameterArgType;
            System.out.println("parameterArgClass = " + parameterArgClass);
        }
    }
}

 

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