JAVA学习（五）| 反射

Java的反射是指程序在运行期可以拿到一个对象的所有信息。

解决在运行期，对某个实例一无所知的情况下，如何调用其方法。

Class类⁍

class是由JVM在执行过程中动态加载的。JVM在第一次读取到一种class类型时，将其加载进内存。

每加载一种class，JVM就为其创建一个Class类型的实例，并关联起来。

注意：这里的Class类型是一个名叫Class的class。它长这样：

java

1
2
3

public final class Class {
    private Class() {}
}

Class类的构造方法是private，只有JVM能创建Class实例。

JVM为每个加载的class创建了对应的Class实例，并在实例中保存了该class的所有信息，包括类名、包名、父类、实现的接口、所有方法、字段等，因此，如果获取了某个Class实例，我们就可以通过这个Class实例获取到该实例对应的class的所有信息。

这种通过Class实例获取class信息的方法称为反射（Reflection）。

获取Class实例三个方法⁍

方法一：直接通过一个class的静态变量class获取：

java

1	`Class cls = String.class;`

方法二：如果我们有一个实例变量，可以通过该实例变量提供的getClass()方法获取：

java

1 2	`String s = "Hello"; Class cls = s.getClass();`

方法三：如果知道一个class的完整类名，可以通过静态方法Class.forName()获取：

java

1	`Class cls = Class.forName("java.lang.String");`

因为Class实例在JVM中是唯一的，所以，上述方法获取的Class实例是同一个实例。可以用==比较两个Class实例-

Class实例比较和instanceof的差别：

用instanceof不但匹配指定类型，还匹配指定类型的子类。而用==判断class实例可以精确地判断数据类型，但不能作子类型比较。

通常情况下，我们应该用instanceof判断数据类型，因为面向抽象编程的时候，我们不关心具体的子类型。只有在需要精确判断一个类型是不是某个class的时候，我们才使用==判断class实例。

因为反射的目的是为了获得某个实例的信息。因此，当我们拿到某个Object实例时，我们可以通过反射获取该Object的class信息，例：

java

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());
}

动态加载⁍

JVM在执行Java程序的时候，第一次需要用到class时才加载到内存。

访问字段⁍

import java.lang.reflect.Field;

Class类提供了以下几个方法来获取字段：

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）

一个Field对象包含了一个字段的所有信息：

getName()：返回字段名称，例如，"name"；
getType()：返回字段类型，也是一个Class实例，例如，String.class；
getModifiers()：返回字段的修饰符，它是一个int，不同的bit表示不同的含义。

获取字段值⁍

Field.get(实例名)：返回实例的值

调用Field.setAccessible(true)的意思是，别管这个字段是不是public，一律允许访问。

可以试着加上上述语句，再运行代码，就可以打印出private字段的值。

设置字段值⁍

设置字段值是通过Field.set(Object, Object)实现的

第一个Object参数是指定的实例，
第二个Object参数是待修改的值。

必须捕捉异常

java

try {
	fname = c.getDeclaredField("name");
} catch (NoSuchFieldException e) {
	e.printStackTrace();
}
fname.setAccessible(true);

try {
	fname.set(p,"Xiao Ming");
} catch (IllegalAccessException e) {
	e.printStackTrace();
}

调用方法⁍

import java.lang.reflect.Method;

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）

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⁍

java

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);
    }
}

invoke的第一个参数是对象实例，即在哪个实例上调用该方法，后面的可变参数要与方法参数一致，否则将报错。

调用静态方法⁍

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。

调用非public方法⁍

通过Method.setAccessible(true)允许其调用

此外，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⁍

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⁍

import java.lang.reflect.Constructor;

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。

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。

通过Constructor实例可以创建一个实例对象：newInstance(Object... parameters)；

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。

java

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);
    }
}

获取继承关系⁍

通过Class对象可以获取继承关系：

Class getSuperclass()：获取父类类型；
Class[] getInterfaces()：获取当前类实现的所有接口。

通过Class对象的isAssignableFrom()方法可以判断一个向上转型是否可以实现。

动态代理⁍

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。

静态创建interface举例⁍

定义接口：

java

1
2
3

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

编写实现类：

java

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

创建实例，转型为接口并调用：

java

1 2	`Hello hello = new HelloWorld(); hello.morning("Bob");`

动态创建interface⁍

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java 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。

java

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


public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //step1
        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;
            }
        };
        //step2&3
        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);
}