0012 Java反射机制【入门】

一、讲Java的反射之前，先来了解一下Java中一个类的生命周期。

Java中一个类的生命周期包括：编译 ->装载JVM ->链接 ->初始化。

1、在一个类编译完成之后，下一步就需要开始使用类，如果要使用一个类，肯定离不开JVM。在程序执行中JVM通过装载，链接，初始化这3个步骤完成。

2、类的装载是通过类加载器完成的，加载器将.class文件的二进制文件装入JVM的方法区，并且在堆区创建描述这个类的java.lang.Class对象，用来封装数据。

     其实在java中有三种类的加载器。

    1）Bootstrap ClassLoader 此加载器采用c++编写，一般开发中很少见。

    2）Extension ClassLoader 用来进行扩展类的加载，一般对应的是jre\lib\ext目录中的类。

    3）AppClassLoader 加载classpath指定的类，是最常用的加载器。同时也是java中默认的加载器。

3、链接就是把二进制数据组装为可以运行的状态。

   链接分为校验，准备，解析这3个阶段。

    1）校验一般用来确认此二进制文件是否适合当前的JVM（版本）。

    2）准备就是为静态成员分配内存空间，并设置默认值。

    3）解析指的是转换常量池中的代码作为直接引用的过程，直到所有的符号引用都可以被运行程序使用（建立完整的对应关系）。

4、完成之后，类型也就完成了初始化，初始化之后类的对象（该类的Class对象，不是new出来的对象，等下面介绍映射时就清楚了）就可以正常使用了，直到一个对象不再使用之后，将被垃圾回收。释放空间。

5、当没有任何引用指向Class对象时就会被卸载，结束类的生命周期。

     Java虚拟机启动时，会加载默认的类。我们假设JVM是按如下方法加载类的，然后保存指向Class对象的引用c：

     Class c = Class.forName("java.lang.String");

二、接下来再来看看一个new出来的对象的生命周期。

Java中一个对象需要通过new关键字来创建。

对象生命周期开始时，需要为对象分配内存（在内存运行时数据区的堆区中为对象分配内存），并且初始化它的实例变量；

对象生命周期结束，Java虚拟机的垃圾回收线程回收对象的内存，一般只要Java程序中没有变量引用某个对象，该对象的生命周期结束，因此可以通过控制变量的生命周期来控制对象的生命周期。

三、Java Reflection（反射）

反射顾名思义就是通过类的实例对象反过来查找类的结构信息。每一个类在内存中的表现形式都是一个java.lang.Class对象。通过类的java.lang.Class对象的newInstance()方法可以创建该类的实例对象，通过该方法创建的实例对象和通过new关键字创建的效果是一样的。

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。 

1. import java.lang.reflect.*; 
3. public class DumpMethods { 
4.    public static void main(String args[]) { 
5.       try { 
6.            Class c = Class.forName("java.util.Stack"); 
8.            Method m[] = c.getDeclaredMethods(); 
9.             
10.            for (int i = 0; i < m.length; i++) 
11.                System.out.println(m[i].toString()); 
12.       } 
13.       catch (Throwable e){ 
14.             System.err.println(e); 
15.       } 
16.    } 
17. }

它的结果输出为： 

1. public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.pop()
2. public java.lang.Object java.util.Stack.push(java.lang.Object)
3. public boolean java.util.Stack.empty()
4. public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.peek()
5. 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： 

1. Class c = Class.forName("java.lang.String"); 
3. Method m[] = c.getDeclaredMethods(); 
5. 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： 

1. class S { 
2. }  
4. public class IsInstance { 
5.    public static void main(String args[]) { 
6.       try { 
7.            Class cls = Class.forName("S"); 
8.            boolean b1 = cls.isInstance(new Integer(37)); 
9.            System.out.println(b1); 
10.            boolean b2 = cls.isInstance(new S()); 
11.            System.out.println(b2); 
12.       } 
13.       catch (Throwable e) { 
14.            System.err.println(e); 
15.       } 
16.    } 
17. }

在这个例子中创建了一个S 类的 Class 对象，然后检查一些对象是否是S的实例。Integer(37) 不是，但 new S()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： 

1. import java.lang.reflect.*;  
3. public class Method1 { 
4.    private int f1(Object p, int x) throws NullPointerException { 
6.    if (p == null) 
7.       throw new NullPointerException(); 
8.    return x; 
9. }  
11.    public static void main(String args[]) { 
12.        try { 
13.            Class cls = Class.forName("Method1"); 
14.            Method methlist[] = cls.getDeclaredMethods(); 
16.            for (int i = 0; i < methlist.length; i++) { 
17.                Method m = methlist[i]; 
18.                System.out.println("name = " + m.getName()); 
19.                System.out.println("decl class = " + m.getDeclaringClass()); 
20.                Class pvec[] = m.getParameterTypes(); 
22.                for (int j = 0; j < pvec.length; j++) 
23.                    System.out.println("param #" + j + " " + pvec[j]); 
25.                Class evec[] = m.getExceptionTypes(); 
27.                for (int j = 0; j < evec.length; j++) 
28.                    System.out.println("exc #" + j + " " + evec[j]); 
30.                System.out.println("return type = " + m.getReturnType()); 
31.                System.out.println("-----"); 
32.            } 
33.        } 
34.        catch (Throwable e) { 
35.            System.err.println(e); 
36.        } 
37.    } 
38. }  

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： 

1. name = f1 
2. decl class = class method1 
3. param #0 class java.lang.Object 
4. param #1 int 
5. exc #0 class java.lang.NullPointerException 
6. return type = int
7. -----
8. name = main 
9. decl class = class method1 
10. param #0 class [Ljava.lang.String; 
11. 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： 

1. import java.lang.reflect.*;
3. public class Constructor1 { 
4.    public Constructor1() { 
5.    }  
7.    protected Constructor1(int i, double d) { 
8.    }  
10.    public static void main(String args[]) { 
11.       try { 
12.            Class cls = Class.forName("Constructor1"); 
13.            Constructor ctorlist[] = cls.getDeclaredConstructors(); 
15.            for (int i = 0; i < ctorlist.length; i++) { 
16.               Constructor ct = ctorlist[i]; 
17.               System.out.println("name = " + ct.getName()); 
18.               System.out.println("decl class = " + ct.getDeclaringClass()); 
19.               Class pvec[] = ct.getParameterTypes(); 
21.               for (int j = 0; j < pvec.length; j++) 
22.                  System.out.println("param #" + j + " " + pvec[j]); 
24.               Class evec[] = ct.getExceptionTypes(); 
26.               for (int j = 0; j < evec.length; j++) 
27.                  System.out.println("exc #" + j + " " + evec[j]); 
29.               System.out.println("-----"); 
30.            } 
31.       } 
32.       catch (Throwable e) { 
33.            System.err.println(e); 
34.       } 
35.    } 
36. } 

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： 

1. name = Constructor1
2. decl class = class Constructor1
3. param #0 int
4. param #1 double
5. -----
6. name = Constructor1
7. decl class = class Constructor1
8. -----

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： 

1. import java.lang.reflect.*;  
3. public class Field1 { 
4.    private double d; 
5.    public static final int i = 37; 
6.    String s = "testing";  
8.    public static void main(String args[]) { 
9.       try { 
10.            Class cls = Class.forName("Field1"); 
11.            Field fieldlist[] = cls.getDeclaredFields(); 
13.            for (int i = 0; i < fieldlist.length; i++) { 
14.               Field fld = fieldlist[i]; 
15.               System.out.println("name = " + fld.getName()); 
16.               System.out.println("decl class = " + fld.getDeclaringClass()); 
17.               System.out.println("type = " + fld.getType()); 
18.               int mod = fld.getModifiers(); 
19.               System.out.println("modifiers = " + Modifier.toString(mod)); 
20.               System.out.println("-----"); 
21.            } 
22.       } 
23.       catch (Throwable e) { 
24.            System.err.println(e); 
25.       } 
26.    } 
27. }  

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： 

1. name = d
2. decl class = class Field1
3. type = double
4. modifiers = private
5. -----
6. name = i
7. decl class = class Field1
8. type = int
9. modifiers = public static final
10. -----
11. name = s
12. decl class = class Field1
13. type = class java.lang.String
14. modifiers = 
15. -----

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： 

1. import java.lang.reflect.*; 
3. public class Method2 { 
4.    public int add(int a, int b) { 
5.       return a + b; 
6.    } 
8.    public static void main(String args[]) { 
9.       try { 
10.            Class cls = Class.forName("Method2"); 
12.            Class partypes[] = new Class[2]; 
13.            partypes[0] = Integer.TYPE; 
14.            partypes[1] = Integer.TYPE; 
15.        
16.            Method meth = cls.getMethod("add", partypes); 
18.            Method2 methobj = new Method2(); 
19.            Object arglist[] = new Object[2]; 
20.            arglist[0] = new Integer(37); 
21.            arglist[1] = new Integer(47); 
23.            Object retobj = meth.invoke(methobj, arglist); 
24.            Integer retval = (Integer) retobj; 
25.            System.out.println(retval.intValue()); 
26.       } 
27.       catch (Throwable e) { 
28.            System.err.println(e); 
29.       } 
30.    } 
31. }

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： 

1. import java.lang.reflect.*;  
3. public class Constructor2 { 
4.    public Constructor2() { 
5.    }  
7.    public Constructor2(int a, int b) { 
8.       System.out.println("a = " + a + " b = " + b); 
9.    }  
11.    public static void main(String args[]) { 
12.       try { 
13.            Class cls = Class.forName("Constructor2"); 
14.            Class partypes[] = new Class[2]; 
15.            partypes[0] = Integer.TYPE; 
16.            partypes[1] = Integer.TYPE; 
18.            Constructor ct = cls.getConstructor(partypes); 
19.            Object arglist[] = new Object[2]; 
20.            arglist[0] = new Integer(37); 
21.            arglist[1] = new Integer(47); 
22.            Object retobj = ct.newInstance(arglist); 
23.       } 
24.       catch (Throwable e) { 
25.            System.err.println(e); 
26.       } 
27.    } 
28. } 

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： 

1. import java.lang.reflect.*;  
3. public class Field2 { 
4.    public double d;  
6.    public static void main(String args[]) { 
7.       try { 
8.            Class cls = Class.forName("Field2"); 
9.            Field fld = cls.getField("d"); 
10.            Field2 f2obj = new Field2(); 
11.            System.out.println("d = " + f2obj.d); 
12.            fld.setDouble(f2obj, 12.34); 
13.            System.out.println("d = " + f2obj.d); 
14.       } 
15.       catch (Throwable e) { 
16.            System.err.println(e); 
17.       } 
18.    } 
19. } 

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： 

1. import java.lang.reflect.*;  
3. public class Array1 { 
4.    public static void main(String args[]) { 
5.       try { 
6.            Class cls = Class.forName("java.lang.String"); 
7.            Object arr = Array.newInstance(cls, 10); 
8.            Array.set(arr, 5, "this is a test"); 
9.            String s = (String) Array.get(arr, 5); 
10.            System.out.println(s); 
11.       } 
12.       catch (Throwable e) { 
13.            System.err.println(e); 
14.       } 
15.    } 
16. } 

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： 

1. import java.lang.reflect.*;  
3. public class Array2 { 
4.    public static void main(String args[]) { 
5.       int dims[] = new int[]{5, 10, 15}; 
6.       Object arr = Array.newInstance(Integer.TYPE, dims); 
7.       Object arrobj = Array.get(arr, 3); 
8.       Class cls = arrobj.getClass().getComponentType(); 
9.       System.out.println(cls); 
10.       arrobj = Array.get(arrobj, 5); 
11.       Array.setInt(arrobj, 10, 37); 
12.       int arrcast[][][] = (int[][][]) arr; 
13.       System.out.println(arrcast[3][5][10]); 
14.    } 
15. } 

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。