java反射机制+继承设计技巧

【0】README

0.1） 本文描述+源代码均 转自 core java volume 1， 旨在理解 java反射机制 ；最后还顺带提出了 继承设计的技巧；

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【1】反射相关

1）反射定义：能够分析类能力的程序称为反射；
2）反射机制可以用来：

• 在运行中分析类的能力；
• 在运行中查看对象， 如，编写一个 toString（） 方法供所有类使用；
• 实现通用的数组操作代码；
• 利用 Method对象，这个对象很像 C++ 中的函数指针；

【2】Class 类

2.1） Java 运行时系统始终为 所有对象维护一个称为运行时的类型标志；虚拟机 利用运行时类型信息选择相应的方法执行；（干货——Java 运行时系统始终为 所有对象维护一个称为运行时的类型标志，对象在虚拟机中的运行时类信息保存在Class对象中）
2.2）Class： 可以通过专门的java类访问这些信息， 保存这些信息的类被称为 Class；Object.getClass() 将 返回一个Class 类型的实例；
2.3） 如同用一个Employee 对象表示一个特定的雇员属性一样， 一个 Class 对象将表示一个特定类的属性；最常用的 Class 方法是 getName方法（类名）；（Class类的定义 的良好诠释）

2.4）还可以调用静态方法forName 获得类名对于的Class对象；

String className = "java.util.Date";Class c1 = Class.forName(className)；

Hint）在启动时，main方法需要加载所有的类， 对于一个大型的应用程序来说， 这将会消耗很多时间， 用户会因此感到不耐烦；我们可以通过 Class.forName 手动地加载其他的类；
2.5）获得Class 类对象的第3种方法：
1）第一种方法：

Date d = new Date();Class c1 = d.getClass();String name = c1.getName();

2）第二种方法：

String className = "java.util.Date";Class c1 = Class.forName(className)；

3）第三种方法：
如果T是 java类型， T.class 将代表匹配的类对象， 如

Class c1 = Date.class;Class c2 = int.class;Class c3 = Double[].class;

Attention）一个 Class 对象实际上表示的是一个类型， 而这个类型未必一定是一种类；例如 int 不是类， 但 int.class 是一个Class类型的对象；（干货——一个 Class 对象实际上表示的是一个类型， 而这个类型未必一定是一种类，如int不是类型，而int.class是一个Class类型的对象，那我们就可以人为 obj.class 是obj在jvm中运行时相关信息的封装对象）
Annotation）从 Java SE 5.0 开始， Class类已经参数化了，如， Class 的类型是 Employee.class；
Warning）由于历史原因， getName 应用于数组类型的时候会返回一个 很奇怪的名字：
Double[].class.getName() 返回 ”[Ljava.lang.Double“；
int[].class.getName() 返回 ”[I“；
2.6）虚拟机为每个类型管理一个 Class对象： 因此，可以用 == 运算符实现两个类对象的比较操作；
2.7）newInstance()方法： 可以用来快速创建一个类的实例；.getClass().getInstance(); 它将创建一个与 e 具有相同类型的实例， newInstance 调用默认构造器， 初始化新创建的对象，如果这个类没有默认的构造器，就会抛出一个异常；

Annotation）

• A1）如果需要以以上这种方式向构造器提供参数的话， 那么就不要使用上面那条语句，而使用 构造器类中的newInstance 方法；
• A2）（key）通过反射创建新类示例的两种方式及比较： http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/4531033 ， 我的荔枝博文： http://blog.csdn.net/PacosonSWJTU/article/details/49886429

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【3】捕获异常（未检查异常+已检查异常）

3.1）当程序运行过程中发生错误时， 就会抛出异常。抛出异常比终止程序要灵活得多， 这是因为可以提供一个捕获异常的处理器（handler）对异常情况进行处理；
3.2）异常有两种类型（注意区别）：未检查异常和已检查异常；

• 3.2.1）对于已检查异常： 编译器将会检查是否提供了处理器（try-cath or throws Exception）；
• 3.2.2）对于未检查异常： 例如访问null引用，都属于未检查异常，编译器不会查看是否为这些错误提供了处理器；

3.3）最简单的异常处理器

try catch块；

3.4）如果类名不存在， 则将跳过try 块中的剩余代码， 程序直接进入catch 子句， 这里，利用Throwable 类的 printStackTrace 方法打印出栈的轨迹；

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【4】利用反射分析类的能力

4.1）反射机制最重要的内容——检查类的结构；
4.2）在java.lang.reflect 包中有3个类 Field、Method 和 Constructor 分别用于描述类的域、方法 和 构造器；
4.3）这3个类都有一个 getName的方法， 用来返回项目名称

• 4.3.1）Field类： Field类有一个 getType方法， 用来返回描述域所属类型的 Class对象；
• 4.3.2）Method 和 Constructor 类： Method 和 Constructor 类有能够报告参数类型的方法，Method类还可以有一个报告返回类型的方法；
• 4.3.3） 这3个类还有一个叫做 getModifiers的方法，它将返回一个整型数值，用不同的位开关描述public 和 static这样的修饰符使用状况；
• 4.3.4） 而且，还可以用 java.lang.reflect 包中的Modifier类的静态方法分析 getModifiers 返回的整型数值；如， 可以使用 Modifier 类中的 isPublic、isPrivate 或 isFinal 判断方法或构造器 是否是 public, private , final；我们需要做的工作就是调用 Modifier 类的相应方法， 并对返回的整型数值进行分析；

4.4） Class类中的 getField、getMethod 和 getConstructor 方法将分别返回类提供的public 域、方法和构造器数值，其中包括超类的公有成员；
4.5） Class 类的 getDeclareFields、getDeclareMethods、getDeclaredConstructors 方法将分别返回类中声明的全部域、方法和构造器；其中包括私有方法和受保护成员，但不包括超类成员；

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【5】在运行时使用反射分析对象

5.1）本节将进一步查看数据域的实际内容；
5.2）利用反射机制可以查看在编译时还不清楚的对象域；
5.3）查看对象域的关键方法是 Field类中的 get方法；如果 f 是一个 Field 类型的 对象， obj 是某个包含 f 域的类对象， f.get(obj) 将返回一个对象，其值为obj 域的当前值；
5.4）看个荔枝：

对以上代码的分析（Analysis）：

• A1）由于name 是一个 private， 所以get方法会抛出一个异常；
• A2）只有利用get 方法才能得到可访问域的值；除非拥有访问权限，否则 java 安全机制只允许查看任意对象有哪些域， 而不允许读取他们的值；

5.5）引入setAccessible 方法（打印结果与5.4做比较，这个很有必要）： 反射机制的默认行为受限于 Java的访问控制， 然而，如果一个 java 程序没有收到安全管理器的控制，就可以覆盖访问控制。为了达到这个目的，需要调用 Field、Method、Constructor对象 的 setAccessible 方法；如，f.setAccessible(true)；

5.6）get方法 所遇到的问题 + 解决方法

• 5.6.1）get遇到的问题： name域是一个 String，因此把它作为 Object 返回没有什么问题；但是，假定我们想要查看salary 域， 它属于double 类型， 而java中数值类型不是对象；
• 5.6.2）解决方法：可以使用 Field 类中的 getDouble 方法，也可以调用get 方法， 此时， 反射机制将会自动地将这个域值打包到相应的对象包装器中， 这里将打包成 Double；

• 5.6.3）当然， 可以获得就可以设置； 调用 f.set(obj, value) 可以将 obj 对象的 f域设置成新值；
  

• 5.6.4）如何编写一个可供任意类使用的通用 toString（）方法；（P203，非常重要）

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【6】使用反射编写泛型数组代码

6.1）java.lang.reflect 包中的Array 类允许动态地创建数组。例如， Array类中的copyOf 方法，用于扩充数组容量：

int[] a = new int[100];a = Arrays.copyOf(a, 2*a.length());

6.2）如何编写这样一个通用的方法？

• 6.2.1）将Employee[] 数组转换为 Object[] 数组， 这让人感觉很有希望；

public static Object[] badCopyOf(Object[] a, int newLength){    Object[] newArray = new Object[newLength];    System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, Math.min(a.length, newLength));    return newArray;}

• 6.2.2）使用以上代码遇到的问题：一个对象数组不能转换为 雇员数组（Employee[]）；

Attention）

• A1） Java 数组会记住每个元素的类型， 即创建数组时 new 表达式中使用的元素类型。将一个 Employee[] 临时转换为 Object[] 数组， 然后再把它转换回来是可以的， 但一个从开始就是Object[] 的数组却永远不会转换成Employee[] 数组。所以， 为了能够编写这类通用的数组代码， 需要能够创建与 原数组类型相同的新数组；
• A2）所以，我们需要java.lang.reflect 包中Array类的一些方法。 其中最关键的是 Array 类中的静态方法 newInstance， 它能够构造新数组。在调用它时 必须提供两个参数， 一个是数组的元素类型， 一个是数组的长度；

Object newArray = Array.newInstance(componentType, newLength)；

6.3）为了能够实际运行， 需要获得新数组的长度和元素类型： 可以通过 调用 Array.getLength(a) 获得数组的长度， 也可以通过 Array类的静态方法 getLength 方法的返回值得到任意数组 的长度。 而要获得新数组元素类型， 就需要进行以下工作（Work）：

• W1）首先获得a 数组的类对象；
• W2）确认它是一个数组；
• W3）使用 Class类（只能定义表示数组的类对象）的 getComponentType 方法确定数组对应的类型；

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【7】调用任意方法

7.1）在Method类中有一个invoke 方法， 它允许调用包装在当前 Method 对象中的方法， invoke方法的签名是： Object invoke(Object obj, Object… args)， 如 String n = (String)m1.invoke(harry);
7.2）如何得到 Method 对象呢？
7.2.1）通过 getDeclaredMethods 方法 ， 然后对返回的Method对象数组进行查找， 直到发现想要的方法为止；
7.2.2）通过调用 Class 类中的getMethod 方法得到想要的方法；它与 getField 方法类似， getField 方法根据表示域名的字符串， 返回一个 Field对象；然而，有可能存在着若干个相同名字的方法， 因此要格外小心， 以确保准确地得到想要的方法；所以， 我们需要提供想要方法的参数类型；
7.3）getMethod的方法签名是： Method getMethod(String name, Class… parameterTypes) ；
7.4）看个荔枝（如何获得 Employee类的 getName 方法 和 raiseSalary 方法的方法指针）：

Method m1 = Employee.class.getMethod("getName");Method m2 = Employee.class.getMethod("getSalary", double.class);

7.5）再看个荔枝
这里， f是一个Method类型的对象，由于正在调用的 方法是一个静态方法，所以 invokle 的第一个参数是null；
为了将 Math.sqrt 函数表格化， 需要将f 设置为：　Math.class.getMethod(“sqrt”, double.class)；这是 Math类中的一个方法， 通过参数向它提供了一个函数名 sqrt 和 一个double类型参数；

对以上代码的分析（Analysis）：

• A1） invoke 的参数和返回值必须是 Object类型的， 这就意味着必须进行多次的类型转换；
• A2）使用反射获得方法指针的代码要比仅仅直接调用方法明显 慢一些；

Attention）

• A1） 建议仅在必要的时候才使用 Method对象，而最好使用接口和内部类；
• A2）特别重申： 建议 Java 开发者不要使用 Method 对象的回调功能， 使用接口进行回调会使得代码的执行速度更快， 更易于维护；

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【8】继承设计的技巧

8.1）将公共操作和域放在超类；
8.2）不要使用受保护的域：

• 8.2.1）第一：子类集合是无限制的， 任何一个人都能够由某个类派生一个子类，并编写代码以直接访问 protected 的实例域， 从而破坏了封装性；
• 8.2.2）第二：在java程序设计语言中，在同一个包中的所有类都可以访问 protected域， 而不管它是否为这个类的子类；

8.3）使用继承实现 “is-a” 关系；
8.4）除非所有继承的方法都有意义， 否则不要使用继承；
8.5）在覆盖方法时， 不要改变预期的行为；
8.6）使用多态，而非类型信息：无论什么时候 ， 碰到这种代码，都应该使用 多态性；

if(x is of type1)    action1(x);else if(x is of type2 )    action2(x);

8.7）不要过多地使用反射：

• 8.7.1）反射机制使得人们可以通过在运行时查看与核方法，让个人编写出更具有通用性的程序；这种功能对于编写系统程序来说极为实用， 但是通常不适用于编写应用程序；
• 8.7.2）反射是很脆弱的， 即编译器很难帮助人们发现程序中的错误，因此只有在运行时才发现错误并导致异常；