候捷谈Java反射机制

转自：http://www.j2medev.com/Article/Class3/Class7/200604/1995.html

摘要

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 Cloneable ），也包括 fields 和 methods 的所有信息，并可于运行时改变 fields 内容或唤起 methods 。本文借由实例，大面积示范 Reflection APIs 。

关于本文：

读者基础：具备 Java 语言基础。

本文适用工具： JDK1.5

关键词：

Introspection （内省、内观）

Reflection （反射）

有时候我们说某个语言具有很强的动态性，有时候我们会区分动态和静态的不同技术与作法。我们朗朗上口动态绑定（ dynamic binding ）、动态链接（ dynamic linking ）、动态加载（ dynamic loading ）等。然而 “ 动态 ” 一词其实没有绝对而普遍适用的严格定义，有时候甚至像对象导向当初被导入编程领域一样，一人一把号，各吹各的调。

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 ¹ 。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。

Java 如何能够做出上述的动态特性呢？这是一个深远话题，本文对此只简单介绍一些概念。整个篇幅最主要还是介绍 Reflection APIs ，也就是让读者知道如何探索 class 的结构、如何对某个 “ 运行时才获知名称的 class ” 生成一份实体、为其 fields 设值、调用其 methods 。本文将谈到 java.lang.Class ，以及 java.lang.reflect 中的 Method 、 Field 、 Constructor 等等 classes 。

“ Class ” class

众所周知 Java 有个 Object class ，是所有 Java classes 的继承根源，其内声明了数个应该在所有 Java class 中被改写的 methods ： hashCode() 、 equals() 、 clone() 、 toString() 、 getClass() 等。其中 getClass() 返回一个 Class object 。

Class class 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 （见 图 1 ）。本文最后我会拨一小块篇幅顺带谈谈 Java 标准库源码的改动办法。

Class 是 Reflection 故事起源。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 。这些 APIs 将在稍后的探险活动中一一亮相。

#001 public final

#002 class Class <T> implements java.io.Serializable,

#003 java.lang.reflect.GenericDeclaration,

#004 java.lang.reflect.Type,

#005 java.lang.reflect.AnnotatedElement {

#006 private Class() {}

#007 public String toString () {

#008 return ( isInterface() ? "interface " :

#009 (isPrimitive() ? "" : "class "))

#010 + getName();

#011 }

...

图 1 ： Class class 片段。注意它的 private empty ctor ，意指不允许任何人经由编程方式产生 Class object 。是的，其 object 只能由 JVM 产生。

“ Class ” object 的取得途径

Java 允许我们从多种管道为一个 class 生成对应的 Class object 。 图 2 是一份整理。

Class object 诞生管道	示例
运用 getClass() 注：每个 class 都有此函数	String str = "abc"; Class c1 = str.getClass();
运用 Class.getSuperclass() 2	Button b = new Button(); Class c1 = b.getClass(); Class c2 = c1.getSuperclass();
运用 static method Class.forName() （最常被使用）	Class c1 = Class.forName ("java.lang.String"); Class c2 = Class.forName ("java.awt.Button"); Class c3 = Class.forName ("java.util.LinkedList$Entry"); Class c4 = Class.forName ("I"); Class c5 = Class.forName ("[I");
运用 .class 语法	Class c1 = String.class; Class c2 = java.awt.Button.class; Class c3 = Main.InnerClass.class; Class c4 = int.class; Class c5 = int[].class;
运用 primitive wrapper classes 的 TYPE 语法	Class c1 = Boolean.TYPE; Class c2 = Byte.TYPE; Class c3 = Character.TYPE; Class c4 = Short.TYPE; Class c5 = Integer.TYPE; Class c6 = Long.TYPE; Class c7 = Float.TYPE; Class c8 = Double.TYPE; Class c9 = Void.TYPE;

图 2 ： Java 允许多种管道生成 Class object 。

Java classes 组成分析

首先容我以 图 3 的 java.util.LinkedList 为例，将 Java class 的定义大卸八块，每一块分别对应 图 4 所示的 Reflection API 。 图 5 则是“获得 class 各区块信息”的程序示例及执行结果，它们都取自本文示例程序的对应片段。

package java.util; //(1)

import java.lang.*; //(2)

public class LinkedList < E > //(3)(4)(5)

extends AbstractSequentialList <E> //(6)

implements List <E>, Queue <E>,

Cloneable, java.io.Serializable //(7)

{

private static class Entry <E> { … }//(8)

public LinkedList () { … } //(9)

public LinkedList (Collection<? extends E> c) { … }

public E getFirst () { … } //(10)

public E getLast () { … }

private transient Entry<E> header = … ;//(11)

private transient int size = 0;

}

图 3 ：将一个 Java class 大卸八块，每块相应于一个或一组 Reflection APIs （图 4 ）。

Java classes 各成份所对应的 Reflection APIs

图 3 的各个 Java class 成份，分别对应于 图 4 的 Reflection API ，其中出现的 Package 、 Method 、 Constructor 、Field 等等 classes ，都定义于 java.lang.reflect 。

Java class 内部模块（参见 图 3 ）	Java class 内部模块说明	相应之 Reflection API ，多半为 Class methods 。	返回值类型 (return type)
(1) package	class 隶属哪个 package	getPackage()	Package
(2) import	class 导入哪些 classes	无直接对应之 API 。 解决办法见 图 5-2 。
(3) modifier	class （或 methods, fields ）的属性	int getModifiers() Modifier.toString(int) Modifier.isInterface(int)	int String bool
(4) class name or interface name	class/interface	名称 getName()	String
(5) type parameters	参数化类型的名称	getTypeParameters()	TypeVariable <Class>[]
(6) base class	base class （只可能一个）	getSuperClass()	Class
(7) implemented interfaces	实现有哪些 interfaces	getInterfaces()	Class[]
(8) inner classes	内部 classes	getDeclaredClasses()	Class[]
(8') outer class	如果我们观察的 class 本身是 inner classes ，那么相对它就会有个 outer class 。	getDeclaringClass()	Class
(9) constructors	构造函数 getDeclaredConstructors()	不论 public 或 private 或其它 access level ，皆可获得。另有功能近似之取得函数。	Constructor[]
(10) methods	操作函数 getDeclaredMethods()	不论 public 或 private 或其它 access level ，皆可获得。另有功能近似之取得函数。	Method[]
(11) fields	字段（成员变量）	getDeclaredFields() 不论 public 或 private 或其它 access level ，皆可获得。另有功能近似之取得函数。	Field[]

图 4 ： Java class 大卸八块后（如图 3 ），每一块所对应的 Reflection API 。本表并非

Reflection APIs 的全部。

Java Reflection API 运用示例

图 5 示范 图 4 提过的每一个 Reflection API ，及其执行结果。程序中出现的 tName() 是个辅助函数，可将其第一自变量所代表的 “ Java class 完整路径字符串 ” 剥除路径部分，留下 class 名称，储存到第二自变量所代表的一个 hashtable 去并返回（如果第二自变量为 null ，就不储存而只是返回）。

#001 Class c = null;

#002 c = Class.forName (args[0]);

#003

#004 Package p;

#005 p = c. getPackage ();

#006

#007 if (p != null)

#008 System.out.println("package "+p. getName ()+";");

执行结果（例）：

package java.util;

图 5-1 ：找出 class 隶属的 package 。其中的 c 将继续沿用于以下各程序片段。

#001 ff = c. getDeclaredFields ();

#002 for (int i = 0; i < ff.length; i++)

#003 x = tName(ff[i].getType().getName(), classRef);

#004

#005 cn = c. getDeclaredConstructors ();

#006 for (int i = 0; i < cn.length; i++) {

#007 Class cx[] = cn[i].getParameterTypes();

#008 for (int j = 0; j < cx.length; j++)

#009 x = tName(cx[j].getName(), classRef);

#010 }

#011

#012 mm = c. getDeclaredMethods ();

#013 for (int i = 0; i < mm.length; i++) {

#014 x = tName(mm[i].getReturnType().getName(), classRef);

#015 Class cx[] = mm[i].getParameterTypes();

#016 for (int j = 0; j < cx.length; j++)

#017 x = tName(cx[j].getName(), classRef);

#018 }

#019 classRef.remove(c.getName()); // 不必记录自己（不需 import 自己）

执行结果（例）：

import java.

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• 2007-08-14 22:36
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