候捷谈Java反射机制（一）

  

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 。