Java Reflection (JAVA反射)
Reflection 是 Java 程序開發(fā)語(yǔ)言的特征之一，它允許運(yùn)行中的 Java 程序?qū)ψ陨磉M(jìn)行檢查，或者說(shuō)“自審”，并能直接操作程序的內(nèi)部屬性。例如，使用它能獲得 Java 類中各成員的名稱并顯示出來(lái)。
Java 的這一能力在實(shí)際應(yīng)用中也許用得不是很多，但是在其它的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中根本就不存在這一特性。例如，Pascal、C 或者 C++ 中就沒(méi)有辦法在程序中獲得函數(shù)定義相關(guān)的信息。
JavaBean 是 reflection 的實(shí)際應(yīng)用之一，它能讓一些工具可視化的操作軟件組件。這些工具通過(guò) reflection 動(dòng)態(tài)的載入并取得 Java 組件(類) 的屬性。
1. 一個(gè)簡(jiǎn)單的例子
考慮下面這個(gè)簡(jiǎn)單的例子，讓我們看看 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);
}
}
}
按如下語(yǔ)句執(zhí)行：
java DumpMethods java.util.Stack
它的結(jié)果輸出為：
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)
這樣就列出了java.util.Stack 類的各方法名以及它們的限制符和返回類型。
這個(gè)程序使用 Class.forName 載入指定的類，然后調(diào)用 getDeclaredMethods 來(lái)獲取這個(gè)類中定義了的方法列表。java.lang.reflect.Methods 是用來(lái)描述某個(gè)類中單個(gè)方法的一個(gè)類。
2.開始使用 Reflection
用于 reflection 的類，如 Method，可以在 java.lang.relfect 包中找到。使用這些類的時(shí)候必須要遵循三個(gè)步驟：第一步是獲得你想操作的類的 java.lang.Class 對(duì)象。在運(yùn)行中的 Java 程序中，用 java.lang.Class 類來(lái)描述類和接口等。
下面就是獲得一個(gè) Class 對(duì)象的方法之一：
Class c = Class.forName("java.lang.String");
這條語(yǔ)句得到一個(gè) String 類的類對(duì)象。還有另一種方法，如下面的語(yǔ)句：
Class c = int.class;
或者
Class c = Integer.TYPE;
它們可獲得基本類型的類信息。其中后一種方法中訪問(wèn)的是基本類型的封裝類 (如 Integer) 中預(yù)先定義好的 TYPE 字段。
第二步是調(diào)用諸如 getDeclaredMethods 的方法，以取得該類中定義的所有方法的列表。
一旦取得這個(gè)信息，就可以進(jìn)行第三步了??使用 reflection API 來(lái)操作這些信息，如下面這段代碼：
Class c = Class.forName("java.lang.String");
Method m[] = c.getDeclaredMethods();
System.out.println(m[0].toString());
它將以文本方式打印出 String 中定義的第一個(gè)方法的原型。
在下面的例子中，這三個(gè)步驟將為使用 reflection 處理特殊應(yīng)用程序提供例證。
模擬 instanceof 操作符
得到類信息之后，通常下一個(gè)步驟就是解決關(guān)于 Class 對(duì)象的一些基本的問(wèn)題。例如，Class.isInstance 方法可以用于模擬 instanceof 操作符：
class A {
}
public class instance1 {
public static void main(String args[]) {
try {
Class cls = Class.forName("A");
boolean b1 = cls.isInstance(new Integer(37));
System.out.println(b1);
boolean b2 = cls.isInstance(new A());
System.out.println(b2);
} catch (Throwable e) {
System.err.println(e);
}
}
}
在這個(gè)例子中創(chuàng)建了一個(gè) A 類的 Class 對(duì)象，然后檢查一些對(duì)象是否是 A 的實(shí)例。Integer(37) 不是，但 new A() 是。
3.找出類的方法
找出一個(gè)類中定義了些什么方法，這是一個(gè)非常有價(jià)值也非常基礎(chǔ)的 reflection 用法。下面的代碼就實(shí)現(xiàn)了這一用法：
import java.lang.reflect.*;
public class method1 {
private int f1(Object p, int x) throws NullPointerException {
if (p == null)
throw new NullPointerException();
return x;
}
public static void main(String args[]) {
try {
Class cls = Class.forName("method1");
Method methlist[] = cls.getDeclaredMethods();
for (int i = 0; i < methlist.length; i++) {
Method m = methlist[i];
System.out.println("name = " + m.getName());
System.out.println("decl class = " + m.getDeclaringClass());
Class pvec[] = m.getParameterTypes();
for (int j = 0; j < pvec.length; j++)
System.out.println("param #" + j + " " + pvec[j]);
Class evec[] = m.getExceptionTypes();
for (int j = 0; j < evec.length; j++)
System.out.println("exc #" + j + " " + evec[j]);
System.out.println("return type = " + m.getReturnType());
System.out.println("-----");
}
} catch (Throwable e) {
System.err.println(e);
}
}
}
這個(gè)程序首先取得 method1 類的描述，然后調(diào)用 getDeclaredMethods 來(lái)獲取一系列的 Method 對(duì)象，它們分別描述了定義在類中的每一個(gè)方法，包括 public 方法、protected 方法、package 方法和 private 方法等。如果你在程序中使用 getMethods 來(lái)代替 getDeclaredMethods，你還能獲得繼承來(lái)的各個(gè)方法的信息。
取得了 Method 對(duì)象列表之后，要顯示這些方法的參數(shù)類型、異常類型和返回值類型等就不難了。這些類型是基本類型還是類類型，都可以由描述類的對(duì)象按順序給出。
輸出的結(jié)果如下：
name = f1
decl class = class method1
param #0 class java.lang.Object
param #1 int
exc #0 class java.lang.NullPointerException
return type = int
-----
name = main
decl class = class method1
param #0 class [Ljava.lang.String;
return type = void
-----
4.獲取構(gòu)造器信息
獲取類構(gòu)造器的用法與上述獲取方法的用法類似，如：
import java.lang.reflect.*;
public class constructor1 {
public constructor1() {
}
protected constructor1(int i, double d) {
}
public static void main(String args[]) {
try {
Class cls = Class.forName("constructor1");
Constructor ctorlist[] = cls.getDeclaredConstructors();
for (int i = 0; i < ctorlist.length; i++) {
Constructor ct = ctorlist[i];
System.out.println("name = " + ct.getName());
System.out.println("decl class = " + ct.getDeclaringClass());
Class pvec[] = ct.getParameterTypes();
for (int j = 0; j < pvec.length; j++)
System.out.println("param #" + j + " " + pvec[j]);
Class evec[] = ct.getExceptionTypes();
for (int j = 0; j < evec.length; j++)
System.out.println("exc #" + j + " " + evec[j]);
System.out.println("-----");
}
} catch (Throwable e) {
System.err.println(e);
}
}
}
這個(gè)例子中沒(méi)能獲得返回類型的相關(guān)信息，那是因?yàn)闃?gòu)造器沒(méi)有返回類型。
這個(gè)程序運(yùn)行的結(jié)果是：
name = constructor1
decl class = class constructor1
-----
name = constructor1
decl class = class constructor1
param #0 int
param #1 double
-----
5.獲取類的字段(域)
找出一個(gè)類中定義了哪些數(shù)據(jù)字段也是可能的，下面的代碼就在干這個(gè)事情：
import java.lang.reflect.*;
public class field1 {
private double d;
public static final int i = 37;
String s = "testing";
public static void main(String args[]) {
try {
Class cls = Class.forName("field1");
Field fieldlist[] = cls.getDeclaredFields();
for (int i = 0; i < fieldlist.length; i++) {
Field fld = fieldlist[i];
System.out.println("name = " + fld.getName());
System.out.println("decl class = " + fld.getDeclaringClass());
System.out.println("type = " + fld.getType());
int mod = fld.getModifiers();
System.out.println("modifiers = " + Modifier.toString(mod));
System.out.println("-----");
}
} catch (Throwable e) {
System.err.println(e);
}
}
}
這個(gè)例子和前面那個(gè)例子非常相似。例中使用了一個(gè)新東西 Modifier，它也是一個(gè) reflection 類，用來(lái)描述字段成員的修飾語(yǔ)，如“private int”。這些修飾語(yǔ)自身由整數(shù)描述，而且使用 Modifier.toString 來(lái)返回以“官方”順序排列的字符串描述 (如“static”在“final”之前)。這個(gè)程序的輸出是：
name = d
decl class = class field1
type = double
modifiers = private
-----
name = i
decl class = class field1
type = int
modifiers = public static final
-----
name = s
decl class = class field1
type = class java.lang.String
modifiers =
-----
和獲取方法的情況一下，獲取字段的時(shí)候也可以只取得在當(dāng)前類中申明了的字段信息 (getDeclaredFields)，或者也可以取得父類中定義的字段 (getFields) 。
6.根據(jù)方法的名稱來(lái)執(zhí)行方法
文本到這里，所舉的例子無(wú)一例外都與如何獲取類的信息有關(guān)。我們也可以用 reflection 來(lái)做一些其它的事情，比如執(zhí)行一個(gè)指定了名稱的方法。下面的示例演示了這一操作：
import java.lang.reflect.*;
public class method2 {
public int add(int a, int b) {
return a + b;
}
public static void main(String args[]) {
try {
Class cls = Class.forName("method2");
Class partypes[] = new Class[2];
partypes[0] = Integer.TYPE;
partypes[1] = Integer.TYPE;
Method meth = cls.getMethod("add", partypes);
method2 methobj = new method2();
Object arglist[] = new Object[2];
arglist[0] = new Integer(37);
arglist[1] = new Integer(47);
Object retobj = meth.invoke(methobj, arglist);
Integer retval = (Integer) retobj;
System.out.println(retval.intvalue());
} catch (Throwable e) {
System.err.println(e);
}
}
}
假如一個(gè)程序在執(zhí)行的某處的時(shí)候才知道需要執(zhí)行某個(gè)方法，這個(gè)方法的名稱是在程序的運(yùn)行過(guò)程中指定的 (例如，JavaBean 開發(fā)環(huán)境中就會(huì)做這樣的事)，那么上面的程序演示了如何做到。
上例中，getMethod 用于查找一個(gè)具有兩個(gè)整型參數(shù)且名為 add 的方法。找到該方法并創(chuàng)建了相應(yīng)的 Method 對(duì)象之后，在正確的對(duì)象實(shí)例中執(zhí)行它。執(zhí)行該方法的時(shí)候，需要提供一個(gè)參數(shù)列表，這在上例中是分別包裝了整數(shù) 37 和 47 的兩個(gè) Integer 對(duì)象。執(zhí)行方法的返回的同樣是一個(gè) Integer 對(duì)象，它封裝了返回值 84。
7.創(chuàng)建新的對(duì)象
對(duì)于構(gòu)造器，則不能像執(zhí)行方法那樣進(jìn)行，因?yàn)閳?zhí)行一個(gè)構(gòu)造器就意味著創(chuàng)建了一個(gè)新的對(duì)象 (準(zhǔn)確的說(shuō)，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象的過(guò)程包括分配內(nèi)存和構(gòu)造對(duì)象)。所以，與上例最相似的例子如下：
import java.lang.reflect.*;
public class constructor2 {
public constructor2() {
}
public constructor2(int a, int b) {
System.out.println("a = " + a + " b = " + b);
}
public static void main(String args[]) {
try {
Class cls = Class.forName("constructor2");
Class partypes[] = new Class[2];
partypes[0] = Integer.TYPE;
partypes[1] = Integer.TYPE;
Constructor ct = cls.getConstructor(partypes);
Object arglist[] = new Object[2];
arglist[0] = new Integer(37);
arglist[1] = new Integer(47);
Object retobj = ct.newInstance(arglist);
} catch (Throwable e) {
System.err.println(e);
}
}
}
根據(jù)指定的參數(shù)類型找到相應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)并執(zhí)行它，以創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象實(shí)例。使用這種方法可以在程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建對(duì)象，而不是在編譯的時(shí)候創(chuàng)建對(duì)象，這一點(diǎn)非常有價(jià)值。
8.改變字段(域)的值
reflection 的還有一個(gè)用處就是改變對(duì)象數(shù)據(jù)字段的值。reflection 可以從正在運(yùn)行的程序中根據(jù)名稱找到對(duì)象的字段并改變它，下面的例子可以說(shuō)明這一點(diǎn)：
import java.lang.reflect.*;
public class field2 {
public double d;
public static void main(String args[]) {
try {
Class cls = Class.forName("field2");
Field fld = cls.getField("d");
field2 f2obj = new field2();
System.out.println("d = " + f2obj.d);
fld.setDouble(f2obj, 12.34);
System.out.println("d = " + f2obj.d);
} catch (Throwable e) {
System.err.println(e);
}
}
}
這個(gè)例子中，字段 d 的值被變?yōu)榱?nbsp;12.34。
9.使用數(shù)組
本文介紹的 reflection 的最后一種用法是創(chuàng)建的操作數(shù)組。數(shù)組在 Java 語(yǔ)言中是一種特殊的類類型，一個(gè)數(shù)組的引用可以賦給 Object 引用。觀察下面的例子看看數(shù)組是怎么工作的：
import java.lang.reflect.*;
public class array1 {
public static void main(String args[]) {
try {
Class cls = Class.forName("java.lang.String");
Object arr = Array.newInstance(cls, 10);
Array.set(arr, 5, "this is a test");
String s = (String) Array.get(arr, 5);
System.out.println(s);
} catch (Throwable e) {
System.err.println(e);
}
}
}
例中創(chuàng)建了 10 個(gè)單位長(zhǎng)度的 String 數(shù)組，為第 5 個(gè)位置的字符串賦了值，最后將這個(gè)字符串從數(shù)組中取得并打印了出來(lái)。
下面這段代碼提供了一個(gè)更復(fù)雜的例子：
import java.lang.reflect.*;
public class array2 {
public static void main(String args[]) {
int dims[] = new int[]{5, 10, 15};
Object arr = Array.newInstance(Integer.TYPE, dims);
Object arrobj = Array.get(arr, 3);
Class cls = arrobj.getClass().getComponentType();
System.out.println(cls);
arrobj = Array.get(arrobj, 5);
Array.setInt(arrobj, 10, 37);
int arrcast[][][] = (int[][][]) arr;
System.out.println(arrcast[3][5][10]);
}
}
例中創(chuàng)建了一個(gè) 5 x 10 x 15 的整型數(shù)組，并為處于 [3][5][10] 的元素賦了值為 37。注意，多維數(shù)組實(shí)際上就是數(shù)組的數(shù)組，例如，第一個(gè) Array.get 之后，arrobj 是一個(gè) 10 x 15 的數(shù)組。進(jìn)而取得其中的一個(gè)元素，即長(zhǎng)度為 15 的數(shù)組，并使用 Array.setInt 為它的第 10 個(gè)元素賦值。
注意創(chuàng)建數(shù)組時(shí)的類型是動(dòng)態(tài)的，在編譯時(shí)并不知道其類型。