Java核心（三）反射

分手后的思念是犯贱 2022-06-16 11:07 188阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  Java核心（三）反射
 *   *  Java中的反射
     *  反射在类中的使用
     *   *   *  获得Class对象
             *  获取超类Super Class
             *  获取公有的class
             *  获取自身声明的类
             *  获取定义该class的类
             *  获取包名
             *  获取类的修饰符
             *  获取类型参数
             *  获取class实现的接口
             *  获取所有的public方法
             *  获取class的所有public构造器
             *  获取所有的public属性(成员变量)
             *  获取所有的注解
     *  反射在属性（成员变量）中的应用
     *   *   *  获取public属性
             *  获取声明属性的类型
             *  获取属性的类型
             *  Get/Set public类型的属性值
             *  Get/Set private类型的属性值
     *  与方法相关的反射方法
     *   *   *  获得public方法
             *  调用public方法
             *  调用private方法
 *  反射在构造器中的使用
 *   *   *   *  利用构造器初始化对象实例

# Java核心（三）反射 #

Java反射给我们提供了在运行时检查甚至修改应用行为的机制。 反射是java高级的核心技术，所有有经验的程序员都应该理解。

通过反射机制，我们可以在运行时检视 类、接口、枚举，获得他们的结构、方法以及属性信息，即使在编译期类是不可访问的。 我们也可以通过反射创建类实例，调用它的方法，或者改变属性值。

## Java中的反射 ##

Java的反射是一种很强大的机制，在正常的编程中使用并不多，但它是java的主干，很多Java EE 框架均使用了反射技术：

*  **JUnit** 利用反射技术解析@Test注解，从而得到测试的方法并调用它们。
 *  **Spring** 依赖注入是java反射的典型应用
 *  **Tomcat** web容器通过解析web.xml文件和请求url，将请求正确的转发到对应的模块。
 *  **Eclipse** 自动完成方法的名称输入
 *  **Struts**
 *  **Hibernate**

以上这个清单只是小部分，它们全部使用了反射技术，因为正常情况下，它们无法访问用户编写的类、接口以及方法等。

但是我们不建议在正常编程中滥用反射技术，因为我们拥有自己编写的类的访问权限了，反射存在以下几个缺陷：

*  **性能较差** 尽管反射解决了动态类型的问题，但是也引入了在classpath 扫描类进行加载的过程，会影响性能。
 *  **安全限制** 反射需要在运行时获得访问权限，但是在security manager中可能是不允许的。 这可能会导致应用运行失败。
 *  **安全问题** 通过反射我们可以访问那些不建议我们访问的类，例如我们可以访问private的属性并修改其值。 这可能引发安全问题导致应用异常。
 *  **较高的维护代价** 反射相关的代码难以理解以及调试，代码的错误不能在编译期展现出来，使用反射的代码灵活性不高并难以维护。

## 反射在类中的使用 ##

在java中，任何对象要么是原始类型或者引用类型。 所有的类、枚举、数据和其他引用类型均继承自Object类。

**java.lang.Class**是所有反射操作的入口。对于任何类型的对象，JVM 会初始化其一个不可变的java.lang.Class 实例来提供检查对象的运行时的属性、创建新对象、调用方法、get/set 属性。

我们来看看Class的重要方法，为了方便起见，我们先创建一些类和接口。

package com.byron4j.hightLevel.reflection;
    
    public interface BaseInterface { 
    	
    	public int interfaceInt=0;
    	
    	void method1();
    	
    	int method2(String str);
    }

package com.byron4j.hightLevel.reflection;
    
    public class BaseClass { 
    	
    public int baseInt;
    	
    	private static void method3(){ 
    		System.out.println("Method3");
    	}
    	
    	public int method4(){ 
    		System.out.println("Method4");
    		return 0;
    	}
    	
    	public static int method5(){ 
    		System.out.println("Method5");
    		return 0;
    	}
    	
    	void method6(){ 
    		System.out.println("Method6");
    	}
    	
    	// piblic 的内部类
    	public class BaseClassInnerClass{ }
    		
    	// public 的枚举
    	public enum BaseClassMemberEnum{ }
    	
    }

package com.byron4j.hightLevel.reflection;
    
    public class ConcreteClass extends BaseClass implements BaseInterface{ 
    
    	public int publicInt;
    	private String privateString="private string";
    	protected boolean protectedBoolean;
    	Object defaultObject;
    	
    	public ConcreteClass(int i){ 
    		this.publicInt=i;
    	}
    
    	@Override
    	public void method1() { 
    		System.out.println("Method1 impl.");
    	}
    
    	@Override
    	public int method2(String str) { 
    		System.out.println("Method2 impl.");
    		return 0;
    	}
    	
    	@Override
    	public int method4(){ 
    		System.out.println("Method4 overriden.");
    		return 0;
    	}
    	
    	public int method5(int i){ 
    		System.out.println("Method4 overriden.");
    		return 0;
    	}
    	
    	// inner classes
    	public class ConcreteClassPublicClass{ }
    	private class ConcreteClassPrivateClass{ }
    	protected class ConcreteClassProtectedClass{ }
    	class ConcreteClassDefaultClass{ }
    	
    	//member enum
    	enum ConcreteClassDefaultEnum{ }
    	public enum ConcreteClassPublicEnum{ }
    	
    	//member interface
    	public interface ConcreteClassPublicInterface{ }
    
    	
    }

下面来看看使用反射的常用方法。

#### 获得Class对象 ####

我们可以通过三种方式获取对象的Class实例：

*  通过静态变量class
 *  使用示例的getClass()方法
 *  **java.lang.Class.forName(String 完整的类名)**，完整的类名包含包名。

原始类型的class、包装类型的TYPE均可以获得Class对象。

package com.byron4j.hightLevel.reflection;
    
    public class ReflectionDemo { 
    	public static void main(String[] args) throws Exception{ 
    		
    		//方式一： 通过累的静态变量class获取Class对象
    		Class concreteClass = ConcreteClass.class;
    		
    		//方式二：通过实例的getClass()方法获取Class对象
    		concreteClass = new ConcreteClass(7).getClass();
    		
    		//方式三：
    		concreteClass = Class.forName("com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass");
    		
    		//打印类相关信息
    		System.out.println(concreteClass.getCanonicalName());
    		System.out.println(concreteClass.getName());
    		
    		
    		/*++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ * 原始类型的class、包装类型的TYPE * +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ */
    		
    		Class primative = boolean.class;
    		System.out.println(primative.getCanonicalName());
    		
    		Class doubleClass = Double.TYPE;
    		System.out.println(doubleClass.getName());
    		
    		//数组类型的class示例
    		Class<?> arrayClass = Class.forName("[D");
    		System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
    		arrayClass = Class.forName("[B");
    		System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
    		arrayClass = Class.forName("[S");
    		System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
    		arrayClass = Class.forName("[C");
    		System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
    		arrayClass = Class.forName("[F");
    		System.out.println(arrayClass.getCanonicalName());
    		
    		
    		
    	}
    }

输出如下所示：

com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass
    com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass
    boolean
    double
    double[]
    byte[]
    short[]
    char[]
    float[]

Class的getCanonicalName()方法返回类的名称。在泛型中使用 java.lang.Class，可以帮助框架获取子类。

#### 获取超类Super Class ####

**getSuperclass()** 方法，返回类的超类(基类、父类)的class实例，如果该类是java.lang.Object、原始类型、接口则返回null。如果该class是数组形式，则该方法返回java.lang.Object。

Class<?> superClass = Class.forName("com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass").getSuperclass();
    System.out.println(superClass); 
    System.out.println(Object.class.getSuperclass());
    System.out.println(String[][].class.getSuperclass());

输入如下：

class com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass
    null
    class java.lang.Object

#### 获取公有的class ####

Class的**getClasses()** 方法可以获取class的所有继承的超类、接口和自己定义的**公有**类、接口、枚举等的数组形式。

Class[] classARR = concreteClass.getClasses();
    System.out.println(Arrays.toString(classARR));

输出：

[class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicClass, 
    class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicEnum, 
    interface com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicInterface, 
    class com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass$BaseClassInnerClass, 
    class com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass$BaseClassMemberEnum]

#### 获取自身声明的类 ####

**getDeclaredClasses()**获取当前类型自身定义的所有类、接口，并不包含从父类继承过来的来、接口。

Class[] declareClassARR = concreteClass.getDeclaredClasses();
    System.out.println("Arrays.toString(declareClassARR));

输出：

[class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassDefaultClass, 
    class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassDefaultEnum, 
    class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPrivateClass, 
    class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassProtectedClass, 
    class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicClass, 
    class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicEnum,
    interface com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass$ConcreteClassPublicInterface]

#### 获取定义该class的类 ####

class.**getDeclaringClass()**获取定义class的类。如果该类不是任何类或接口的成员，则返回null。

/**================================================ * getDeclaringClass * ================================================ */
    		System.out.println(BaseClassInnerClass.class.getDeclaringClass());
    System.out.println(Double.TYPE.getDeclaringClass());

该类BaseClassInnerClass是在BaseClass中定义的，于是输出：

class com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass
    
    null

#### 获取包名 ####

**getPackage()** 方法获取包的class实例。

/*=========================================== * getPackage() * ========================================== */
    System.out.println(concreteClass.getPackage().getName());

输出：

com.byron4j.hightLevel.reflection

#### 获取类的修饰符 ####

**getModifiers()**方法可以获取class实例的访问修饰符的个数。**java.lang.reflect.Modifier.toString()**可以获取class的修饰符的字符串形式。

/*=========================================== * getModifiers()、Modifier.toString() * ========================================== */
    		System.out.println(concreteClass.getModifiers());
    		System.out.println(Modifier.toString(concreteClass.getModifiers()));

输出：

1
    public

#### 获取类型参数 ####

**getTypeParameters()**方法获取class的类型声明参数，如果有的话。比如集合框架的接口均制定了泛型。

Arrays.asList(Class.forName("java.util.Map").getTypeParameters()).forEach(
    				s -> {  System.out.println(s); }
    		);

输出：

> K  
> V

#### 获取class实现的接口 ####

**getGenericInterfaces()** 可以获取class已经实现的接口的数组形式，并包含泛型接口。 **getInterfaces()**方法会返回所有实现的接口，但是不包含泛型接口。

/**============================================= * getGenericInterfaces()、getInterfaces() * ============================================= */
    		Arrays.asList(concreteClass.getInterfaces()).forEach(
    				s -> {  System.out.println("com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass实现的接口:" + s); }
    		);
    		System.out.println("========================================");
    		Arrays.asList(concreteClass.getGenericInterfaces()).forEach(
    				s -> {  System.out.println("com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass实现的接口:" + s); }
    		);
    		
    		System.out.println("========================================");
    		System.out.println("========================================");
    		Arrays.asList(Class.forName("java.util.ArrayList").getInterfaces()).forEach(
    				s -> {  System.out.println("java.util.ArrayList实现的接口：" + s); }
    		);
    		System.out.println("========================================");
    		Arrays.asList(Class.forName("java.util.ArrayList").getGenericInterfaces()).forEach(
    				s -> {  System.out.println("java.util.ArrayList实现的接口：" + s); }
    		);

输出：

com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass实现的接口:interface com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface
    ========================================
    com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass实现的接口:interface com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface
    ========================================
    ========================================
    java.util.ArrayList实现的接口：interface java.util.List
    java.util.ArrayList实现的接口：interface java.util.RandomAccess
    java.util.ArrayList实现的接口：interface java.lang.Cloneable
    java.util.ArrayList实现的接口：interface java.io.Serializable
    ========================================
    java.util.ArrayList实现的接口：java.util.List<E>
    java.util.ArrayList实现的接口：interface java.util.RandomAccess
    java.util.ArrayList实现的接口：interface java.lang.Cloneable
    java.util.ArrayList实现的接口：interface java.io.Serializable

#### 获取所有的public方法 ####

**getMethods()**方法可以获取所有的public方法，包含父类、接口中继承来的public方法。

/**============================================= * getMethods() * ============================================= */
    		System.out.println("========================================");
    		Arrays.asList(concreteClass.getMethods()).forEach(
    				s -> {  System.out.println("public类型的方法:" + s); }
    		);

输出：

public类型的方法:public void com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.method1()
    public类型的方法:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.method2(java.lang.String)
    public类型的方法:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.method4()
    public类型的方法:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.method5(int)
    public类型的方法:public static int com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass.method5()
    public类型的方法:public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
    public类型的方法:public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
    public类型的方法:public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
    public类型的方法:public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
    public类型的方法:public java.lang.String java.lang.Object.toString()
    public类型的方法:public native int java.lang.Object.hashCode()
    public类型的方法:public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
    public类型的方法:public final native void java.lang.Object.notify()
    public类型的方法:public final native void java.lang.Object.notifyAll()

#### 获取class的所有public构造器 ####

**getConstructors()方法能够获取所有的public类型构造器**

/**============================================= * getConstructors() * ============================================= */
    		System.out.println("========================================");
    		Arrays.asList(concreteClass.getConstructors()).forEach(
    				s -> {  System.out.println("public类型的构造器:" + s); }
    		);

输出：

> public类型的构造器:public com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass(int)

#### 获取所有的public属性(成员变量) ####

**getFields()**方法可以获取所有的public属性。包含父类、接口中的属性。

/**============================================= * getFields() * ============================================= */
    		System.out.println("========================================");
    		Arrays.asList(concreteClass.getFields()).forEach(
    				s -> {  System.out.println("public类型的属性:" + s); }
    		);

输出：

public类型的属性:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.publicInt
    public类型的属性:public static final int com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface.interfaceInt
    public类型的属性:public int com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass.baseInt

#### 获取所有的注解 ####

**getAnnotations()**方法可以获取所有的注解。但是只有保留策略为**RUNTIME**的注解。

我们给 类加上注解@Deprecated。

@Deprecated
    public class ConcreteClass extends BaseClass implements BaseInterface{ ...}
    
    /
    /**============================================= * getAnnotations() * ============================================= */
    		System.out.println("========================================");
    		Arrays.asList(concreteClass.getAnnotations()).forEach(
    				s -> {  System.out.println("注解:" + s); }
    		);

输出：

> 注解:@java.lang.Deprecated()

## 反射在属性（成员变量）中的应用 ##

反射API提供了几个方法可以在运行时分解类的成员变量以及设置其值。

#### 获取public属性 ####

除了前面的getFields()方法能获取全部public属性之外，还提供了一个获取指定属性名称的方法getField()。这个方法会在该class–>接口–>父类的顺序寻找指定的属性。

**场景一**：我们在ConcreteClass类、BaseClass类、BaseInterface接口分别增加一个属性：  
public String name = “currClass—NAME”;

public String name = “superClass—NAME”;

public String name = “superInterface—NAME”;

System.out.println(concreteClass.getField("name"));
    
    输出为：
    public java.lang.String com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass.name

**场景二**：我们在BaseClass类、BaseInterface接口分别增加一个属性：  
public String name = “superClass—NAME”;

public String name = “superInterface—NAME”;

这时候获取的属性name是接口中的属性：

> public static final java.lang.String com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface.name

**场景三**：我们仅仅在BaseClass类增加一个属性：  
public String name = “superClass—NAME”;

这时候获取的属性name是父类中的属性：

> public java.lang.String com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseClass.name

如果是获取不存在的属性，则出现异常：

System.out.println(concreteClass.getField(“hello”));

输出：

> java.lang.NoSuchFieldException: hello

#### 获取声明属性的类型 ####

try { 
    			System.out.println( concreteClass.getField("interfaceInt").getDeclaringClass() );
    		} catch (NoSuchFieldException | SecurityException e) { 
    			
    			e.printStackTrace();
    		}

输出：

> interface com.byron4j.hightLevel.reflection.BaseInterface

#### 获取属性的类型 ####

**getType()**方法返回属性的类型的class实例。

System.out.println(concreteClass.getField("interfaceInt").getType().getCanonicalName());

输出：

> int

#### Get/Set public类型的属性值 ####

Field.get(Object) 获取该属性的值。

Field field = concreteClass.getField("publicInt");
    System.out.println("属性的类型："+field.getType());
    
    ConcreteClass obj= new ConcreteClass(7);
    
    System.out.println("获取属性值：" + field.get(obj));
    
    field.set(obj, 77);
    System.out.println("获取属性值：" + field.get(obj));

输出：

> 属性的类型：int  
> 获取属性值：7  
> 获取属性值：77

Field.get()返回的是一个Object类型，如果是原始类型则返回其包装类型。如果是final属性，set() 方法抛出**java.lang.IllegalAccessException**。

#### Get/Set private类型的属性值 ####

java中在类之外是不能访问private变量的。但是通过反射可以关闭检查访问修饰符的机制。

Field privateField = concreteClass.getDeclaredField("privateString");
    		
    System.out.println(privateField.get(obj));

输出，不能访问private的属性：

> java.lang.IllegalAccessException: Class com.byron4j.hightLevel.reflection.ReflectionDemo2 can not access a member of class com.byron4j.hightLevel.reflection.ConcreteClass with modifiers “private”

设置可访问机制Field.setAccessible(true);：

Field privateField = concreteClass.getDeclaredField("privateString");
    		privateField.setAccessible(true);
    		System.out.println(privateField.get(obj));
    
    		privateField.set(obj, "新的私有属性值[value]");
    		System.out.println(privateField.get(obj));

输出：

> private string  
> 新的私有属性值\[value\]

## 与方法相关的反射方法 ##

使用反射技术可以获得方法的信息以及调用执行它。我们来学习获得方法、调用方法并访问私有方法。

#### 获得public方法 ####

我们可以使用 getMethod()方法获的public class的方法，需要提供方法的名称、参数类型。如果class找不到指定的方法，则会继续向上从其父类中查找。

下面我们以一个获取HashMap 的put方法的例子来展示如何方法的参数类型、方法访问修饰符和返回类型。

/*========================================= * 方法 * ======================================== */
    		
    		Class mapClass = HashMap.class;
    		Method mapPut = mapClass.getMethod("put", Object.class, Object.class);
    		//获取参数类型
    		System.out.println(Arrays.toString(mapPut.getParameterTypes()));
    	
    		//获取返回类型
    		System.out.println(mapPut.getReturnType());
    		
    		//访问修饰符
    		System.out.println(Modifier.toString(mapPut.getModifiers()));

输出：

> \[class java.lang.Object, class java.lang.Object\]  
> class java.lang.Object  
> public

#### 调用public方法 ####

可以利用**Method.invoke()** 方法调用指定的方法。

//调用方法
    Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
    mapPut.invoke(map, "key", "val");
    System.out.println(map);

输出：

> \{key=val\}

#### 调用private方法 ####

我们可以使用**getDeclaredMethod()**方法获取私有方法，然后关闭访问限制，即可调用。

/** * 访问私有方法 */
    Method method3 = BaseClass.class.getDeclaredMethod("method3", null);
    
    method3.setAccessible(true);
    //静态方法的调用对象可以传入null
    method3.invoke(null, null);

输出：

> Method3

# 反射在构造器中的使用 #

我们可以使用**getConstructor()**方法获取指定的public构造器。

/** * 反射在构造器中的使用 */
    Constructor<?> constructor = ConcreteClass.class.getConstructor(int.class);
    
    System.out.println(Arrays.toString(constructor.getParameterTypes())); 
    	
    Constructor<?> hashMapConstructor = HashMap.class.getConstructor(null);
    System.out.println(Arrays.toString(hashMapConstructor.getParameterTypes()));

输出：

> \[int\]  
> \[\]

#### 利用构造器初始化对象实例 ####

我们可以利用constructor 实例的**newInstance()** 方法获初始化实例。

/** * 初始化实例 */
    
    Object myObj = constructor.newInstance(10);
    Method myObjMethod = myObj.getClass().getMethod("method1", null);
    myObjMethod.invoke(myObj, null); //prints "Method1 impl."
    
    HashMap<String,String> myMap = (HashMap<String,String>)hashMapConstructor.newInstance(null);