Java反射机制

Java反射机制

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.util.ListIterator;

import java.lang.Object;

import java.util.LinkedList$Entry;

import java.util.Collection;

import java.io.ObjectOutputStream;

import java.io.ObjectInputStream;

图 5-2 ：找出导入的 classes ，动作细节详见内文说明。

 

#001 int mod = c. getModifiers ();

#002 System.out.print( Modifier.toString (mod)); // 整个 modifier

#003

#004 if ( Modifier.isInterface (mod))

#005    System.out.print(" "); // 关键词 "interface" 已含于 modifier

#006 else

#007    System.out.print(" class "); // 关键词 "class"

#008 System.out.print(tName(c. getName (), null)); // class 名称

 

执行结果（例）：

public class LinkedList

图 5-3 ：找出 class 或 interface 的名称，及其属性（ modifiers ）。

 

#001 TypeVariable<Class>[] tv;

#002 tv = c. getTypeParameters (); // warning: unchecked conversion

#003 for (int i = 0; i < tv.length; i++) {

#004    x = tName(tv[i].getName(), null); // 例如 E,K,V...

#005    if (i == 0) // 第一个

#006        System.out.print("<" + x);

#007    else // 非第一个

#008        System.out.print("," + x);

#009    if (i == tv.length-1) // 最后一个

#010        System.out.println(">");

#011 }

 

执行结果（例）：

public abstract interface Map <K,V>

或 public class LinkedList <E>

图 5-4 ：找出 parameterized types 的名称

 

#001 Class supClass;

#002 supClass = c. getSuperclass ();

#003 if (supClass != null) // 如果有 super class

#004    System.out.print(" extends" +

#005 tName(supClass. getName (),classRef));

 

执行结果（例）：

public class LinkedList<E>

extends AbstractSequentialList,

图 5-5 ：找出 base class 。执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。此非本处重点，为简化计，不多做处理。

 

#001 Class cc[];

#002 Class ctmp;

#003 // 找出所有被实现的 interfaces

#004 cc = c. getInterfaces ();

#005 if (cc.length != 0)

#006    System.out.print(", \r\n" + " implements "); // 关键词

#007 for (Class cite : cc) //JDK1.5 新式循环写法

#008    System.out.print(tName(cite. getName (), null)+", ");

 

执行结果（例）：

public class LinkedList<E>

extends AbstractSequentialList,

implements List, Queue, Cloneable, Serializable,

图 5-6 ：找出 implemented interfaces 。执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。此非本处重点，为简化计，不多做处理。

 

#001 cc = c. getDeclaredClasses (); // 找出 inner classes

#002 for (Class cite : cc)

#003    System.out.println(tName(cite. getName (), null));

#004

#005 ctmp = c. getDeclaringClass (); // 找出 outer classes

#006 if (ctmp != null)

#007    System.out.println(ctmp. getName ());

 

执行结果（例）：

LinkedList$Entry

LinkedList$ListItr

图 5-7 ：找出 inner classes 和 outer class

 

#001 Constructor cn[];

#002 cn = c. getDeclaredConstructors ();

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

#004    int md = cn[i]. getModifiers ();

#005    System.out.print(" " + Modifier.toString(md) + " " +

#006    cn[i].getName());

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

#008    System.out.print("(");

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

#010        System.out.print(tName(cx[j].getName(), null));

#011        if (j < (cx.length - 1)) System.out.print(", ");

#012    }

#013    System.out.print(")");

#014 }

 

执行结果（例）：

public java.util.LinkedList(Collection)

public java.util.LinkedList()

图 5 -8a ：找出所有 constructors

 

#004 System.out.println(cn[i]. toGenericString ());

 

执行结果（例）：

public java.util.LinkedList(java.util.Collection<? extends E>)

public java.util.LinkedList()

图 5-8b ：找出所有 constructors 。本例在 for 循环内使用 toGenericString() ，省事。

 

#001 Method mm[];

# 002 mm = c. getDeclaredMethods ();

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

#004    int md = mm[i]. getModifiers ();

#005    System.out.print(" "+Modifier.toString(md)+" "+

#006    tName(mm[i]. getReturnType ().getName(), null)+" "+

# 007    mm[i].getName());

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

#009    System.out.print("(");

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

#011        System.out.print(tName(cx[j].getName(), null));

#012    if (j < (cx.length - 1)) System.out.print(", ");

#013    }

#014    System.out.print(")");

#015 }

 

执行结果（例）：

public Object get(int)

public int size()

图 5 -9a ：找出所有 methods

 

#004 System.out.println(mm[i]. toGenericString ());

 

public E java.util.LinkedList.get(int)

public int java.util.LinkedList.size()

图 5-9b ：找出所有 methods 。本例在 for 循环内使用 toGenericString() ，省事。

 

#001 Field ff[];

#002 ff = c. getDeclaredFields ();

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

#004    int md = ff[i]. getModifiers ();

#005    System.out.println(" "+Modifier.toString(md)+" "+

#006    tName(ff[i].getType().getName(), null) +" "+

#007    ff[i].getName()+";");

#008 }

 

执行结果（例）：

private transient LinkedList$Entry header;

private transient int size;

图 5 -10a ：找出所有 fields

 

#004 System.out.println("G: " + ff[i].toGenericString());

 

private transient java.util.LinkedList.java.util.LinkedList$Entry<E> ??

java.util.LinkedList.header

private transient int java.util.LinkedList.size

图 5-10b ：找出所有 fields 。本例在 for 循环内使用 toGenericString() ，省事。

 

找出 class 参用 （导入） 的所有 classes

没有直接可用的 Reflection API 可以为我们找出某个 class 参用的所有其它 classes 。要获得这项信息，必须做苦工，一步一脚印逐一记录。我们必须观察所有 fields 的类型、所有 methods （包括 constructors ）的参数类型和回返类型，剔除重复，留下唯一。这正是为什么 图 5-2 程序代码要为 tName() 指定一个 hashtable （而非一个 null ）做为第二自变量的缘故： hashtable 可为我们储存元素（本例为字符串），又保证不重复。

 

本文讨论至此，几乎可以还原一个 class 的原貌（唯有 methods 和 ctors 的定义无法取得）。接下来讨论 Reflection 的另三个动态性质： (1) 运行时生成 instances ， (2) 执

行期唤起 methods ， (3) 运行时改动 fields 。

 

运行时生成 instances

欲生成对象实体，在 Reflection 动态机制中有两种作法，一个针对“无自变量 ctor ”，

一个针对“带参数 ctor ” 。 图 6 是面对“无自变量 ctor ”的例子。如果欲调用的是“带参数 ctor “就比较麻烦些， 图 7 是个例子，其中不再调用 Class 的 newInstance() ，而是调用 Constructor 的 newInstance() 。 图 7 首先准备一个 Class[] 做为 ctor 的参数类型（本例指定为一个 double 和一个 int ），然后以此为自变量调用 getConstructor() ，获得一个专属 ctor 。接下来再准备一个 Object[] 做为 ctor 实参值（本例指定 3.14159 和 125 ），调用上述专属 ctor 的 newInstance() 。

 

#001 Class c = Class.forName("DynTest");

#002 Object obj = null;

#003 obj = c.newInstance (); // 不带自变量

#004 System.out.println(obj);

图 6 ：动态生成“ Class object 所对应之 class ”的对象实体；无自变量。

 

#001 Class c = Class.forName("DynTest");

#002 Class[] pTypes = new Class[] { double.class, int.class };

#003 Constructor ctor = c.getConstructor (pTypes);

#004 // 指定 parameter list ，便可获得特定之 ctor

#005

#006 Object obj = null;

#007 Object[] arg = new Object[] {3.14159, 125}; // 自变量

#008 obj = ctor.newInstance (arg);

#009 System.out.println(obj);

图 7 ：动态生成“ Class object 对应之 class ”的对象实体；自变量以 Object[] 表示。

 

运行时 调用 methods

这个动作和上述调用“带参数之 ctor ”相当类似。首先准备一个 Class[] 做为 ctor 的参数类型（本例指定其中一个是 String ，另一个是 Hashtable ），然后以此为自变量调用 getMethod() ，获得特定的 Method object 。接下来准备一个 Object[] 放置自变量，然后调用上述所得之特定 Method object 的 invoke() ，如 图 8 。知道为什么索取 Method object 时不需指定回返类型吗？因为 method overloading 机制要求 signature （署名式）必须唯一，而回返类型并非 signature 的一个成份。换句话说，只要指定了 method 名称和参数列，就一定指出了一个独一无二的 method 。

 

#001 public String func (String s, Hashtable ht)

#002 {

#003 … System.out.println("func invoked"); return s;

#004 }

#005 public static void main(String args[])

#006 {

#007 Class c = Class.forName("Test");

#008 Class ptypes[] = new Class[2];

#009 ptypes[0] = Class.forName("java.lang.String");

#010 ptypes[1] = Class.forName("java.util.Hashtable");

#011 Method m = c. getMethod (" func ",ptypes);

#012 Test obj = new Test();

#013 Object args[] = new Object[2];

#014 arg[0] = new String("Hello,world");

#015 arg[1] = null;

#016 Object r = m. invoke (obj, arg);

#017 Integer rval = (String)r;

#018 System.out.println(rval);

#019 }

图 8 ：动态唤起 method

 

运行时变更 fields 内 容

与先前两个动作相比，“变更 field 内容”轻松多了，因为它不需要参数和自变量。首先调用 Class 的 getField() 并指定 field 名称。获得特定的 Field object 之后便可直接调用 Field 的 get() 和 set() ，如 图 9 。

 

#001 public class Test {

#002 public double d ;

#003

#004 public static void main(String args[])

#005 {

#006 Class c = Class.forName("Test");

#007 Field f = c. getField (" d "); // 指定 field 名称

#008 Test obj = new Test();

#009 System.out.println("d= " + (Double) f.get (obj));

# 010 f .set(obj, 12.34);

#011 System.out.println("d= " + obj. d );

#012 }

#013 }

图 9 ：动态变更 field 内容

 

Java 源码改动办法

先前我曾提到，原本想借由“改动 Java 标准库源码”来测知 Class object 的生成，但由于其 ctor 原始设计为 private ，也就是说不可能透过这个管道生成 Class object （而是由 class loader 负责生成），因此“在 ctor 中 打印出某种信息”的企图也就失去了意义。

 

这里我要谈点题外话：如何修改 Java 标准库源码并让它反应到我们的应用程序来。假设我想修改 java.lang.Class ，让它在某些情况下打印某种信息。首先必须找出标准源码！当你下载 JDK 套件并安装妥当，你会发现 jdk150\src\java\lang 目录（见 图 10 ）之中有 Class.java ，这就是我们此次行动的标准源码。备份后加以修改，编译获得 Class.class 。接下来准备将 .class 搬移到 jdk150\jre\lib\endorsed （见 图 10 ）。

 

这是一个十分特别的目录， class loader 将优先从该处读取内含 classes 的 .jar 文件 —— 成功的条件是 .jar 内的 classes 压缩路径必须和 Java 标准库的路径完全相同。为此，我们可以将刚才做出的 Class.class 先搬到一个为此目的而刻意做出来的 \java\lang 目录中，压缩为 foo.zip （任意命名，唯需夹带路径 java\lang ），再将这个 foo.zip 搬到 jdk150\jre\lib\endorsed 并改名为 foo.jar 。此后你的应用程序便会优先用上这里的 java.lang.Class 。整个过程可写成一个批处理文件（ batch file ），如 图 11 ，在 DOS Box 中使用。

 

图 10 ： JDK1.5 安装后的目录组织。其中的 endorsed 是我新建。

 

del e:\java\lang\*.class // 清理干净

del c:\jdk150\jre\lib\endorsed\foo.jar // 清理干净

c:

cd c:\jdk150\src\java\lang

javac -Xlint:unchecked Class.java // 编译源码

javac -Xlint:unchecked ClassLoader.java / / 编译另一个源码（如有必要）

move *.class e:\java\lang // 搬移至刻意制造的目录中

e:

cd e:\java\lang // 以下压缩至适当目录

pkzipc -add -path=root c:\jdk150\jre\lib\endorsed\foo.jar *.class

cd e:\test // 进入测试目录

javac -Xlint:unchecked Test.java // 编译测试程序

java Test // 执行测试程序

图 11 ：一个可在 DOS Box 中使用的批处理文件（ batch file ），用以自动化 java.lang.Class

的修改动作。 Pkzipc(.exe) 是个命令列压缩工具， add 和 path 都是其命令。

 

更多信息

以下是视野所及与本文主题相关的更多讨论。这些信息可以弥补因文章篇幅限制而带来的不足，或带给您更多视野。

 

l         "Take an in-depth look at the Java Reflection API -- Learn about the new Java 1.1 tools forfinding out information about classes ", by Chuck McManis 。此篇文章所附程序代码是本文示例程序的主要依据（本文示例程序示范了更多 Reflection APIs ，并采用 JDK1.5 新式的 for-loop 写法）。

l         "Take a look inside Java classes -- Learn to deduce properties of a Java class from inside aJava program ", by Chuck McManis 。

l         "The basics of Java class loaders -- The fundamentals of this key component of the Javaarchitecture ", by Chuck McManis 。

l         《 The Java Tutorial Continued 》 , Sun microsystems. Lesson58-61, "Reflection".

 

注 1 用过诸如 MFC 这类所谓 Application Framework 的程序员也许知道， MFC 有所谓的 dynamic creation 。但它并不等同于 Java 的动态加载或动态辨识；所有能够在 MFC 程序中起作用的 classes ，都必须先在编译期被编译器 “ 看见 ” 。

 

注 2 如果操作对象是 Object ， Class.getSuperClass() 会返回 null 。





http://blog.sina.com.cn/u/4a35ff91010006io

一、反射的概念 ：

反射的概念是由Smith在1982年首次提出的，主要是指程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。这一概念的提出很快引发了计算机科学领 域关于应用反射性的研究。它首先被程序语言的设计领域所采用,并在Lisp和面向对象方面取得了成绩。其中LEAD/LEAD++ 、OpenC++ 、MetaXa和OpenJava等就是基于反射机制的语言。最近，反射机制也被应用到了视窗系统、操作系统和文件系统中。 反射本身并不是一个新概念，它可能会使我们联想到光学中的反射概念，尽管计算机科学赋予了反射概念新的含义，但是，从现象上来说，它们确实有某些相通之 处，这些有助于我们的理解。在计算机科学领域，反射是指一类应用，它们能够自描述和自控制。也就是说，这类应用通过采用某种机制来实现对自己行为的描述 （self-representation）和监测（examination），并能根据自身行为的状态和结果，调整或修改应用所描述行为的状态和相关的 语义。可以看出，同一般的反射概念相比，计算机科学领域的反射不单单指反射本身，还包括对反射结果所采取的措施。所有采用反射机制的系统（即反射系统）都 希望使系统的实现更开放。可以说，实现了反射机制的系统都具有开放性，但具有开放性的系统并不一定采用了反射机制，开放性是反射系统的必要条件。一般来 说，反射系统除了满足开放性条件外还必须满足原因连接（Causally-connected）。所谓原因连接是指对反射系统自描述的改变能够立即反映到 系统底层的实际状态和行为上的情况，反之亦然。开放性和原因连接是反射系统的两大基本要素。13700863760 Java中，反射是一种强大的工具。它使您能够创建灵活的代码，这些代码可以在运行时装配，无需在组件之间进行源代表链接。反射允许我们在编写与执行时， 使我们的程序代码能够接入装载到JVM中的类的内部信息，而不是源代码中选定的类协作的代码。这使反射成为构建灵活的应用的主要工具。但需注意的是：如果 使用不当，反射的成本很高。

二、Java中的类反射：

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。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。 1．检测类： 1.1 reflection的工作机制 考虑下面这个简单的例子，让我们看看 reflection 是如何工作的。 import java.lang.reflect.*;
public class DumpMethods {
   public static void main(String args[]) {
        try {
            Class c = Class.forName(args[0]);
            Method m[] = c.getDeclaredMethods();
            for (int i = 0; i < m.length; i++)
                System.out.println(m[i].toString());
        } catch (Throwable e) {
            System.err.println(e);
        }
    }
} 按如下语句执行： java DumpMethods java.util.Stack 它的结果输出为： public java.lang.Object java.util.Stack.push(java.lang.Object) public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.pop() public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.peek() public boolean java.util.Stack.empty() 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。 1.2 Java类反射中的主要方法 对于以下三类组件中的任何一类来说 -- 构造函数、字段和方法 -- java.lang.Class 提供四种独立的反射调用，以不同的方式来获得信息。调用都遵循一种标准格式。以下是用于查找构造函数的一组反射调用： l         Constructor getConstructor(Class[] params) -- 获得使用特殊的参数类型的公共构造函数， l         Constructor[] getConstructors() -- 获得类的所有公共构造函数 l         Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params) -- 获得使用特定参数类型的构造函数(与接入级别无关) l         Constructor[] getDeclaredConstructors() -- 获得类的所有构造函数(与接入级别无关) 获得字段信息的Class 反射调用不同于那些用于接入构造函数的调用，在参数类型数组中使用了字段名： l         Field getField(String name) -- 获得命名的公共字段 l         Field[] getFields() -- 获得类的所有公共字段 l         Field getDeclaredField(String name) -- 获得类声明的命名的字段 l         Field[] getDeclaredFields() -- 获得类声明的所有字段 用于获得方法信息函数： l         Method getMethod(String name, Class[] params) -- 使用特定的参数类型，获得命名的公共方法 l         Method[] getMethods() -- 获得类的所有公共方法 l         Method getDeclaredMethod(String name, Class[] params) -- 使用特写的参数类型，获得类声明的命名的方法 l         Method[] getDeclaredMethods() -- 获得类声明的所有方法   1.3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： Class c = Class.forName("java.lang.String"); Method m[] = c.getDeclaredMethods(); 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。 2．处理对象： 如果要作一个开发工具像debugger之类的，你必须能发现filed values,以下是三个步骤: a.创建一个Class对象
b.通过getField 创建一个Field对象
c.调用Field.getXXX(Object)方法(XXX是Int,Float等，如果是对象就省略；Object是指实例). 例如：
import java.lang.reflect.*;
import java.awt.*; class SampleGet {    public static void main(String[] args) {
      Rectangle r = new Rectangle(100, 325);
      printHeight(r);    }    static void printHeight(Rectangle r) {
      Field heightField;
      Integer heightValue;
      Class c = r.getClass();
      try {
        heightField = c.getField("height");
        heightValue = (Integer) heightField.get(r);
        System.out.println("Height: " + heightValue.toString());
      } catch (NoSuchFieldException e) {
          System.out.println(e);
      } catch (SecurityException e) {
          System.out.println(e);
      } catch (IllegalAccessException e) {
          System.out.println(e);
      }
   }
}  

三、安全性和反射：

在处理反射时安全性是一个较复杂的问题。反射经常由框架型代码使用，由于这一点，我们可能希望框架能够全面接入代码，无需考虑常规的接入限制。但是，在其 它情况下，不受控制的接入会带来严重的安全性风险，例如当代码在不值得信任的代码共享的环境中运行时。 由于这些互相矛盾的需求，Java编程语言定义一种多级别方法来处理反射的安全性。基本模式是对反射实施与应用于源代码接入相同的限制： n         从任意位置到类公共组件的接入 n         类自身外部无任何到私有组件的接入 n         受保护和打包（缺省接入）组件的有限接入 不过至少有些时候，围绕这些限制还有一种简单的方法。我们可以在我们所写的类中，扩展一个普通的基本类 java.lang.reflect.AccessibleObject 类。这个类定义了一种setAccessible方法，使我们能够启动或关闭对这些类中其中一个类的实例的接入检测。唯一的问题在于如果使用了安全性管理 器，它将检测正在关闭接入检测的代码是否许可了这样做。如果未许可，安全性管理器抛出一个例外。 下面是一段程序，在TwoString 类的一个实例上使用反射来显示安全性正在运行： public class ReflectSecurity {     public static void main(String[] args) {         try {             TwoString ts = new TwoString("a", "b");             Field field = clas.getDeclaredField("m_s1"); //          field.setAccessible(true);             System.out.println("Retrieved value is " +                 field.get(inst));         } catch (Exception ex) {             ex.printStackTrace(System.out);         }     } } 如果我们编译这一程序时，不使用任何特定参数直接从命令行运行，它将在field .get(inst)调用中抛出一个IllegalAccessException异常。如果我们不注释field.setAccessible (true)代码行，那么重新编译并重新运行该代码，它将编译成功。最后，如果我们在命令行添加了JVM参数- Djava.security.manager以实现安全性管理器，它仍然将不能通过编译，除非我们定义了ReflectSecurity类的许可权限。

四、反射性能：

反射是一种强大的工具，但也存在一些不足。一个主要的缺点是对性能有影响。使用反射基本上是一种解释操作，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且它满足 我们的要求。这类操作总是慢于只直接执行相同的操作。 下面的程序是字段接入性能测试的一个例子，包括基本的测试方法。每种方法测试字段接入的一种形式 -- accessSame 与同一对象的成员字段协作，accessOther 使用可直接接入的另一对象的字段，accessReflection 使用可通过反射接入的另一对象的字段。在每种情况下，方法执行相同的计算 -- 循环中简单的加/乘顺序。 程序如下： public int accessSame(int loops) {     m_value = 0;     for (int index = 0; index < loops; index++) {         m_value = (m_value + ADDITIVE_VALUE) *             MULTIPLIER_VALUE;     }     return m_value; }   public int accessReference(int loops) {     TimingClass timing = new TimingClass();     for (int index = 0; index < loops; index++) {         timing.m_value = (timing.m_value + ADDITIVE_VALUE) *             MULTIPLIER_VALUE;     }     return timing.m_value; }   public int accessReflection(int loops) throws Exception {     TimingClass timing = new TimingClass();     try {         Field field = TimingClass.class.             getDeclaredField("m_value");         for (int index = 0; index < loops; index++) {             int value = (field.getInt(timing) +                 ADDITIVE_VALUE) * MULTIPLIER_VALUE;             field.setInt(timing, value);         }         return timing.m_value;     } catch (Exception ex) {         System.out.println("Error using reflection");         throw ex;     } } 在上面的例子中，测试程序重复调用每种方法，使用一个大循环数，从而平均多次调用的时间衡量结果。平均值中不包括每种方法第一次调用的时间，因此初始化时 间不是结果中的一个因素。下面的图清楚的向我们展示了每种方法字段接入的时间： 图 1：字段接入时间 ：
我们可以看出：在前两副图中(Sun JVM)，使用反射的执行时间超过使用直接接入的1000倍以上。通过比较，IBM JVM可能稍好一些，但反射方法仍旧需要比其它方法长700倍以上的时间。任何JVM上其它两种方法之间时间方面无任何显著差异，但IBM JVM几乎比Sun JVM快一倍。最有可能的是这种差异反映了Sun Hot Spot JVM的专业优化，它在简单基准方面表现得很糟糕。反射性能是Sun开发1.4 JVM时关注的一个方面，它在反射方法调用结果中显示。在这类操作的性能方面，Sun 1.4.1 JVM显示了比1.3.1版本很大的改进。 如果为为创建使用反射的对象编写了类似的计时测试程序，我们会发现这种情况下的差异不象字段和方法调用情况下那么显著。使用newInstance()调 用创建一个简单的java.lang.Object实例耗用的时间大约是在Sun 1.3.1 JVM上使用new Object()的12倍，是在IBM 1.4.0 JVM的四倍，只是Sun 1.4.1 JVM上的两部。使用Array.newInstance(type, size)创建一个数组耗用的时间是任何测试的JVM上使用new type[size]的两倍，随着数组大小的增加，差异逐步缩小。

结束语：

Java语言反射提供一种动态链接程序组件的多功能方法。它允许程序创建和控制任何类的对象(根据安全性限制)，无需提前硬 编码目标类。这些特性使得反射特别适用于创建以非常普通的方式与对象协作的库。例如，反射经常在持续存储对象为数据库、XML或其它外部格式的框架中使 用。Java reflection 非常有用，它使类和数据结构能按名称动态检索相关信息，并允许在运行着的程序中操作这些信息。Java 的这一特性非常强大，并且是其它一些常用语言，如 C、C++、Fortran 或者 Pascal 等都不具备的。 但反射有两个缺点。第一个是性能问题。用于字段和方法接入时反射要远慢于直接代码。性能问题的程度取决于程序中是如何使用反射的。如果它作为程序运行中相 对很少涉及的部分，缓慢的性能将不会是一个问题。即使测试中最坏情况下的计时图显示的反射操作只耗用几微秒。仅反射在性能关键的应用的核心逻辑中使用时性 能问题才变得至关重要。 许多应用中更严重的一个缺点是使用反射会模糊程序内部实际要发生的事情。程序人员希望在源代码中看到程序的逻辑，反射等绕过了源代码的技术会带来维护问 题。反射代码比相应的直接代码更复杂，正如性能比较的代码实例中看到的一样。解决这些问题的最佳方案是保守地使用反射——仅在它可以真正增加灵活性的地方 ——记录其在目标类中的使用。     利用反射实现类的动态加载


Bromon原创 请尊重版权 最近在成都写一个移动增值项目，俺负责后台server端。功能很简单，手机用户通过GPRS打开Socket与服务器连接，我则根据用户传过来的数据做 出响应。做过类似项目的兄弟一定都知道，首先需要定义一个类似于MSNP的通讯协议，不过今天的话题是如何把这个系统设计得具有高度的扩展性。由于这个项 目本身没有进行过较为完善的客户沟通和需求分析，所以以后肯定会有很多功能上的扩展，通讯协议肯定会越来越庞大，而我作为一个不那么勤快的人，当然不想以 后再去修改写好的程序，所以这个项目是实践面向对象设计的好机会。 首先定义一个接口来隔离类： package org.bromon.reflect; public interface Operator { public java.util.List act(java.util.List params) } 根据设计模式的原理，我们可以为不同的功能编写不同的类，每个类都继承Operator接口，客户端只需要针对Operator接口编程就可以避免很多麻 烦。比如这个类： package org.bromon.reflect.*; public class Success implements Operator { public java.util.List act(java.util.List params) { List result=new ArrayList(); result.add(new String(“操作成功”)); return result; } } 我们还可以写其他很多类，但是有个问题，接口是无法实例化的，我们必须手动控制具体实例化哪个类，这很不爽，如果能够向应用程序传递一个参数，让自己去选 择实例化一个类，执行它的act方法，那我们的工作就轻松多了。 很幸运，我使用的是Java，只有Java才提供这样的反射机制，或者说内省机制，可以实现我们的无理要求。编写一个配置文件 emp.properties: #成功响应 1000=Success #向客户发送普通文本消息 2000=Load #客户向服务器发送普通文本消息 3000=Store 文件中的键名是客户将发给我的消息头，客户发送1000给我，那么我就执行Success类的act方法，类似的如果发送2000给我，那就执行Load 类的act方法，这样一来系统就完全符合开闭原则了，如果要添加新的功能，完全不需要修改已有代码，只需要在配置文件中添加对应规则，然后编写新的类，实 现act方法就ok，即使我弃这个项目而去，它将来也可以很好的扩展。这样的系统具备了非常良好的扩展性和可插入性。 下面这个例子体现了动态加载的功能，程序在执行过程中才知道应该实例化哪个类： package org.bromon.reflect.*; import java.lang.reflect.*; public class TestReflect { //加载配置文件,查询消息头对应的类名 private String loadProtocal(String header) { String result=null; try { Properties prop=new Properties(); FileInputStream fis=new FileInputStream("emp.properties"); prop.load(fis); result=prop.getProperty(header); fis.close(); }catch(Exception e) { System.out.println(e); } return result; } //针对消息作出响应,利用反射导入对应的类 public String response(String header,String content) { String result=null; String s=null; try { /* * 导入属性文件emp.properties,查询header所对应的类的名字 * 通过反射机制动态加载匹配的类,所有的类都被Operator接口隔离 * 可以通过修改属性文件、添加新的类(继承MsgOperator接口)来扩展协议 */ s="org.bromon.reflect."+this.loadProtocal(header); //加载类 Class c=Class.forName(s); //创建类的事例 Operator mo=(Operator)c.newInstance(); //构造参数列表 Class params[]=new Class[1]; params[0]=Class.forName("java.util.List"); //查询act方法 Method m=c.getMethod("act",params); Object args[]=new Object[1]; args[0]=content; //调用方法并且获得返回 Object returnObject=m.invoke(mo,args); }catch(Exception e) { System.out.println("Handler-response:"+e); } return result; } public static void main(String args[]) { TestReflect tr=new TestReflect(); tr.response(args[0],”消息内容”); } } 测试一下：java TestReflect 1000 这个程序是针对Operator编程的，所以无需做任何修改，直接提供Load和Store类，就可以支持2000、3000做参数的调用。 有了这样的内省机制，可以把接口的作用发挥到极至，设计模式也更能体现出威力，而不仅仅供我们饭后闲聊




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