【Java开发】Java 反射机制

g0dam

2024-12-20

Code

Java

Class类

// reflection
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        printClassInfo("".getClass());
        printClassInfo(Runnable.class);
        printClassInfo(java.time.Month.class);
        printClassInfo(String[].class);
        printClassInfo(int.class);
    }

    static void printClassInfo(Class cls) {
        System.out.println("Class name: " + cls.getName());
        System.out.println("Simple name: " + cls.getSimpleName());
        if (cls.getPackage() != null) {
            System.out.println("Package name: " + cls.getPackage().getName());
        }
        System.out.println("is interface: " + cls.isInterface());
        System.out.println("is enum: " + cls.isEnum());
        System.out.println("is array: " + cls.isArray());
        System.out.println("is primitive: " + cls.isPrimitive());
    }
}

JVM为每个加载的class及interface创建了对应的Class实例来保存class及interface的所有信息；
获取一个class对应的Class实例后，就可以获取该class的所有信息；
通过Class实例获取class信息的方法称为反射（Reflection）；
JVM总是动态加载class，可以在运行期根据条件来控制加载class。

访问字段

对任意的一个Object实例，只要我们获取了它的Class，就可以获取它的一切信息。

Field getField(name)：根据字段名获取某个public的field（包括父类）
Field getDeclaredField(name)：根据字段名获取当前类的某个field（不包括父类）
Field[] getFields()：获取所有public的field（包括父类）

Field[] getDeclaredFields()：获取当前类的所有field（不包括父类）

// reflection
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class stdClass = Student.class;
        // 获取public字段"score":
        System.out.println(stdClass.getField("score"));
        // 获取继承的public字段"name":
        System.out.println(stdClass.getField("name"));
        // 获取private字段"grade":
        System.out.println(stdClass.getDeclaredField("grade"));
    }
}

class Student extends Person {
    public int score;
    private int grade;
}

class Person {
    public String name;
}

以String类的value字段为例，它的定义是：

public final class String {
    private final byte[] value;
}

// 获取字段信息
Field f = String.class.getDeclaredField("value");
f.getName(); // "value"
f.getType(); // class [B 表示byte[]类型
int m = f.getModifiers();
Modifier.isFinal(m); // true
Modifier.isPublic(m); // false
Modifier.isProtected(m); // false
Modifier.isPrivate(m); // true
Modifier.isStatic(m); // false

通过反射获取对象的字段值可以用下面的方法:

// reflection
import java.lang.reflect.Field;
public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Object p = new Person("Xiao Ming");
        Class c = p.getClass();
        Field f = c.getDeclaredField("name");
        Object value = f.get(p);
        System.out.println(value); // "Xiao Ming"
    }
}

class Person {
    private String name;

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

运行代码，如果不出意外，会得到一个IllegalAccessException，这是因为name被定义为一个private字段，正常情况下，Main类无法访问Person类的private字段。要修复错误，可以将private改为public，或者，在调用Object value = f.get(p);前，先写一句：f.setAccessible(true);
setAccessible(true)可能会失败。如果JVM运行期存在SecurityManager，那么它会根据规则进行检查，有可能阻止setAccessible(true)。例如，某个SecurityManager可能不允许对java和javax开头的package的类调用setAccessible(true)，这样可以保证JVM核心库的安全。

可以通过set方法设置字段的值

// reflection
import java.lang.reflect.Field;

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person p = new Person("Xiao Ming");
        System.out.println(p.getName()); // "Xiao Ming"
        Class c = p.getClass();
        Field f = c.getDeclaredField("name");
        f.setAccessible(true);
        f.set(p, "Xiao Hong");
        System.out.println(p.getName()); // "Xiao Hong"
    }
}

class Person {
    private String name;

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return this.name;
    }
}

调用方法

Class类提供了以下几个方法来获取Method：

Method getMethod(name, Class…)：获取某个public的Method（包括父类）
Method getDeclaredMethod(name, Class…)：获取当前类的某个Method（不包括父类）
Method[] getMethods()：获取所有public的Method（包括父类）

Method[] getDeclaredMethods()：获取当前类的所有Method（不包括父类）

// reflection
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class stdClass = Student.class;
        // 获取public方法getScore，参数为String:
        System.out.println(stdClass.getMethod("getScore", String.class));
        // 获取继承的public方法getName，无参数:
        System.out.println(stdClass.getMethod("getName"));
        // 获取private方法getGrade，参数为int:
        System.out.println(stdClass.getDeclaredMethod("getGrade", int.class));
    }
}

class Student extends Person {
    public int getScore(String type) {
        return 99;
    }
    private int getGrade(int year) {
        return 1;
    }
}

class Person {
    public String getName() {
        return "Person";
    }
}

输出类似下面的:

1
2
3

public int Student.getScore(java.lang.String)
public java.lang.String Person.getName()
private int Student.getGrade(int)

一个Method对象包含一个方法的所有信息：

getName()：返回方法名称，例如：”getScore”；
getReturnType()：返回方法返回值类型，也是一个Class实例，例如：String.class；
getParameterTypes()：返回方法的参数类型，是一个Class数组，例如：{String.class, int.class}；
getModifiers()：返回方法的修饰符，它是一个int，不同的bit表示不同的含义。

调用方法

当我们获取到一个Method对象时，就可以对它进行调用。我们以下面的代码为例：

1 2	String s = "Hello world"; String r = s.substring(6); // "world"

如果用反射来调用substring方法，需要以下代码：

// reflection
import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // String对象:
        String s = "Hello world";
        // 获取String substring(int)方法，参数为int:
        Method m = String.class.getMethod("substring", int.class);
        // 在s对象上调用该方法并获取结果:
        String r = (String) m.invoke(s, 6);
        // 打印调用结果:
        System.out.println(r); // "world"
    }
}

// 注意到substring()有两个重载方法，我们获取的是String substring(int)这个方法。
// 获取String substring(int, int)方法，参数为两个int:
Method m = String.class.getMethod("substring", int.class, int.class);
// 在s对象上调用该方法并获取结果:
String r = (String) m.invoke(s, 6, 11); // 使用6和11来获取"world"

调用静态方法

如果获取到的Method表示一个静态方法，调用静态方法时，由于无需指定实例对象，所以invoke方法传入的第一个参数永远为null。我们以Integer.parseInt(String)为例：

import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取Integer.parseInt(String)方法，参数为String:
        Method m = Integer.class.getMethod("parseInt", String.class);
        // 调用该静态方法并获取结果:
        Integer n = (Integer) m.invoke(null, "12345");
        // 打印调用结果:
        System.out.println(n);
    }
}

调用非public方法

import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person p = new Person();
        Method m = p.getClass().getDeclaredMethod("setName", String.class);
        m.setAccessible(true);
        m.invoke(p, "Bob");
        System.out.println(p.name);
    }
}

class Person {
    String name;
    private void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

setAccessible(true)可能会失败。如果JVM运行期存在SecurityManager，那么它会根据规则进行检查，有可能阻止setAccessible(true)。例如，某个SecurityManager可能不允许对java和javax开头的package的类调用setAccessible(true)，这样可以保证JVM核心库的安全。

多态

一个Person类定义了hello()方法，并且它的子类Student也覆写了hello()方法，那么，从Person.class获取的Method，作用于Student实例时，调用的方法到底是哪个？

import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取Person的hello方法:
        Method h = Person.class.getMethod("hello");
        // 对Student实例调用hello方法:
        h.invoke(new Student());
    }
}

class Person {
    public void hello() {
        System.out.println("Person:hello");
    }
}

class Student extends Person {
    public void hello() {
        System.out.println("Student:hello");
    }
}

运行上述代码，发现打印出的是Student:hello，因此，使用反射调用方法时，仍然遵循多态原则：即总是调用实际类型的覆写方法（如果存在）。

调用构造方法

1	Person p = Person.class.newInstance();

调用Class.newInstance()的局限是，它只能调用该类的public无参数构造方法。如果构造方法带有参数，或者不是public，就无法直接通过Class.newInstance()来调用。为了调用任意的构造方法，Java的反射API提供了Constructor对象，它包含一个构造方法的所有信息，可以创建一个实例。Constructor对象和Method非常类似，不同之处仅在于它是一个构造方法，并且，调用结果总是返回实例：

import java.lang.reflect.Constructor;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取构造方法Integer(int):
        Constructor cons1 = Integer.class.getConstructor(int.class);
        // 调用构造方法:
        Integer n1 = (Integer) cons1.newInstance(123);
        System.out.println(n1);

        // 获取构造方法Integer(String)
        Constructor cons2 = Integer.class.getConstructor(String.class);
        Integer n2 = (Integer) cons2.newInstance("456");
        System.out.println(n2);
    }
}

通过Class实例获取Constructor的方法如下：

getConstructor(Class…)：获取某个public的Constructor；
getDeclaredConstructor(Class…)：获取某个Constructor；
getConstructors()：获取所有public的Constructor；
getDeclaredConstructors()：获取所有Constructor。

注意Constructor总是当前类定义的构造方法，和父类无关，因此不存在多态的问题。
调用非public的Constructor时，必须首先通过setAccessible(true)设置允许访问。setAccessible(true)可能会失败。

获取继承关系

获取Class的三种方式:

Class cls = String.class; // 获取到String的Class

String s = "";
Class cls = s.getClass(); // s是String，因此获取到String的Class

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

上述三种方式获取的Class实例都是同一个实例，因为JVM对每个加载的Class只创建一个Class实例来表示它的类型。

获取父类的Class

有了Class实例，我们还可以获取它的父类的Class：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class i = Integer.class;
        Class n = i.getSuperclass();
        System.out.println(n);
        Class o = n.getSuperclass();
        System.out.println(o);
        System.out.println(o.getSuperclass());
    }
}

Integer的父类类型是Number，Number的父类是Object，Object的父类是null。除Object外，其他任何非interface的Class都必定存在一个父类类型。

获取interface

由于一个类可能实现一个或多个接口，通过Class我们就可以查询到实现的接口类型。例如，查询Integer实现的接口：

import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class s = Integer.class;
        Class[] is = s.getInterfaces();
        for (Class i : is) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

运行上述代码可知，Integer实现的接口有：
java.lang.Comparable
java.lang.constant.Constable
java.lang.constant.ConstantDesc
getInterfaces()只返回当前类直接实现的接口类型，并不包括其父类实现的接口类型：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class s = Integer.class.getSuperclass();
        Class[] is = s.getInterfaces();
        for (Class i : is) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

Integer的父类是Number，Number实现的接口是java.io.Serializable。对所有interface的Class调用getSuperclass()返回的是null，获取接口的父接口要用getInterfaces()：

1
2

System.out.println(java.io.DataInputStream.class.getSuperclass()); // java.io.FilterInputStream，因为DataInputStream继承自FilterInputStream
System.out.println(java.io.Closeable.class.getSuperclass()); // null，对接口调用getSuperclass()总是返回null，获取接口的父接口要用getInterfaces()

如果一个类没有实现任何interface，那么getInterfaces()返回空数组。

继承关系

当我们判断一个实例是否是某个类型时，正常情况下，使用instanceof操作符：

Object n = Integer.valueOf(123);
boolean isDouble = n instanceof Double; // false
boolean isInteger = n instanceof Integer; // true
boolean isNumber = n instanceof Number; // true
boolean isSerializable = n instanceof java.io.Serializable; // true

如果是两个Class实例，要判断一个向上转型是否成立，可以调用isAssignableFrom()：

// Integer i = ?
Integer.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true，因为Integer可以赋值给Integer
// Number n = ?
Number.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true，因为Integer可以赋值给Number
// Object o = ?
Object.class.isAssignableFrom(Integer.class); // true，因为Integer可以赋值给Object
// Integer i = ?
Integer.class.isAssignableFrom(Number.class); // false，因为Number不能赋值给Integer

动态代理

有没有可能不编写实现类，直接在运行期创建某个interface的实例呢？这是可能的，因为Java标准库提供了一种动态代理（Dynamic Proxy）的机制：可以在运行期动态创建某个interface的实例。
所谓动态代理，是和静态相对应的。我们来看静态代码怎么写：

public interface Hello {
    void morning(String name);
}

public class HelloWorld implements Hello {
    public void morning(String name) {
        System.out.println("Good morning, " + name);
    }
}

Hello hello = new HelloWorld();
hello.morning("Bob");

动态代码，我们仍然先定义了接口Hello，但是我们并不去编写实现类，而是直接通过JDK提供的一个Proxy.newProxyInstance()创建了一个Hello接口对象。这种没有实现类但是在运行期动态创建了一个接口对象的方式，我们称为动态代码。JDK提供的动态创建接口对象的方式，就叫动态代理。

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        InvocationHandler handler = new InvocationHandler() {
            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                System.out.println(method);
                if (method.getName().equals("morning")) {
                    System.out.println("Good morning, " + args[0]);
                }
                return null;
            }
        };
        Hello hello = (Hello) Proxy.newProxyInstance(
            Hello.class.getClassLoader(), // 传入ClassLoader
            new Class[] { Hello.class }, // 传入要实现的接口
            handler); // 传入处理调用方法的InvocationHandler
        hello.morning("Bob");
    }
}

interface Hello {
    void morning(String name);
}

在运行期动态创建一个interface实例的方法如下：

定义一个InvocationHandler实例，它负责实现接口的方法调用；
通过Proxy.newProxyInstance()创建interface实例，它需要3个参数：
1. 使用的ClassLoader，通常就是接口类的ClassLoader；
2. 需要实现的接口数组，至少需要传入一个接口进去；
3. 用来处理接口方法调用的InvocationHandler实例。
将返回的Object强制转型为接口。

动态代理实际上是JVM在运行期动态创建class字节码并加载的过程，它并没有什么黑魔法，把上面的动态代理改写为静态实现类大概长这样：

public class HelloDynamicProxy implements Hello {
    InvocationHandler handler;
    public HelloDynamicProxy(InvocationHandler handler) {
        this.handler = handler;
    }
    public void morning(String name) {
        handler.invoke(
           this,
           Hello.class.getMethod("morning", String.class),
           new Object[] { name }
        );
    }
}

动态代理意味着什么呢？实际上，Java 中的“动态”也就意味着使用了反射，因此动态代理其实是基于反射机制的一种代理模式。

有关动态代理,还存在这Javassist和ASM https://www.cnblogs.com/fanguangdexiaoyuer/p/12522765.html