谜题80：更深层的反射
下面这个程序通过打印一个由反射创建的对象来产生输出。那么它会打印出什么
呢？
public class Outer{
public static void main(String[] args) throws Exception{
new Outer().greetWorld();
}
private void greetWorld()throws Exception {
System.out.println( Inner.class.newInstance() );
}
public class Inner{
public String toString(){
return "Hello world";
}
}
}
这个程序看起来是最普通的 Hello World 程序的又一个特殊的变体。Outer 中的
main 方法创建了一个 Outer 实例，并且调用了它的 greetWorld 方法，该方法以
字符串形式打印了通过反射创建的一个新的 Inner 实例。Inner 的 toString 方
法总是返回标准的问候语，所以程序的输出应该与往常一样，是 Hello World。
如果你尝试运行这个程序，你会发现实际的输出比较长，而且更加令人迷惑：
Exception in thread "main" InstantiationException: Outer$Inner at java.lang.Class.newInstance0(Class.java:335) at java.lang.Class.newInstance(Class.java:303) at Outer.greetWorld(Outer.java:7) at Outer.main(Outer.java:3)
为什么会抛出这个异常呢？从 5.0 版本开始，关于 Class.newInstance 的文档叙
述道：如果那个 Class 对象“代表了一个抽象类（abstract class），一个接口
（interface），一个数组类（array class），一个原始类型（primitive type），
或者是空（void）；或者这个类没有任何空的[也就是无参数的]构造器；或者实
例化由于某些其他原因而失败，那么它就会抛出异常”[JAVA-API]。这里出现的
问题满足上面的哪些条件呢？遗憾的是，异常信息没有提供任何提示。在这些条
件中，只有后 2 个有可能会满足：要么是 Outer.Inner 没有空的构造器，要么是
实例化由于“某些其它原因”而失败了。正如 Outer.Inner 这种情况，当一个类
没有任何显式的构造器时，Java 会自动地提供一个不带参数的公共的缺省构造
器[JLS 8.8.9]，所以它应该是有一个空构造器的。不过，newInstance 方法调
用失败的原因还是因为 Outer.Inner 没有空构造器！
一个非静态的嵌套类的构造器，在编译的时候会将一个隐藏的参数作为它的第一
个参数，这个参数表示了它的直接外围实例（immediately enclosing instance）
[JLS 13.1]。当你在代码中任何可以让编译器找到合适的外围实例的地方去调用
构造器的时候，这个参数就会被隐式地传递进去。但是，上述的过程只适用于普
通的构造器调用，也就是不使用反射的情况。当你使用反射调用构造器时，这个
隐藏的参数就需要被显式地传递，这对于 Class.newInstance 方法是不可能做到
的。要传递这个隐藏参数的唯一办法就是使用
java.lang.reflect.Constructor。当对程序进行了这样的修改后，它就可以正
常的打印出 Hello World 了：
private void greetWorld() throws Exception{
Constructor c = Inner.class.getConstructor(Outer.class);
System.out.println(c.newInstance(Outer.this));
}
作为其他的选择，你可能观察到了，Inner 实例并不需要一个外围的 Outer 实例，
所以可以将 Inner 类型声明为静态的（static）。除非你确实是需要一个外围实
例，否则你应该优先使用静态成员类（static member class）而不是非静态成
员类[EJ Item 18]。下面这个简单的修改就可以订正这个程序：
public static class Inner{...}
Java 程序的反射模型和它的语言模型是不同的。反射操作处于虚拟机层次，暴
露了很多从 Java 程序到 class 文件的翻译细节。这些细节当中的一部分由 Java
的语言规范来管理，但是其余的部分可能会随着不同的具体实现而有所不同。在
Java 语言的早期版本中，从 Java 程序到 class 文件的映射是很直接的，但是随
着一些不能被虚拟机直接支持的高级语言特性的加入，如嵌套类（nested
class）、协变返回类型（covariant return types）、泛型（generics）和枚
举类型（enums），使得这种映射变得越来越复杂了。
考虑到从 Java 程序到 class 文件的映射的复杂度，请避免使用反射来实例化内
部类。更一般地讲，当我们在用高级语言特性定义的程序元素之上使用反射的时
候，一定要小心，从反射的视角观察程序可能不同与从代码的视角去观察它。请
避免依赖那些没有被语言规范所管理的翻译细节。对于平台的实现者来说，这里
的教训就是要再次重申，请提供清晰准确的诊断信息。
