Java反射機制Reflection

Java反射機制

• 1 .class文件
• 2 Class類
• 3 Class類與反射機制
• 4 Java反射機制的類庫支持及簡介
• 5 反射機制的定義與應用
• 6 反射機制Demo
  • Java反射機制demo（一）—實例化Class對象，並獲得其他類包名和類型
  • Java反射機制demo（二）—通過Class實例化任意類的對象
  • Java反射機制demo（三）—獲取類中的構造函數
  • Java反射機制demo（四）—獲取一個類的父類和實現的接口
  • Java反射機制demo（五）—獲得並調用一個類中的方法 
  • Java反射機制demo（六）—獲得並操作一個類的屬性
  • Java反射機制demo（七）—反射機制與工廠模式

了解Java的反射機制，首先要從RTTI開始。

文章的一開頭就開始裝逼了，RTTI是個什么東西。RTTI英文全稱：Run-Time Type Information，望文生義，RTTI是運行時類型信息。

什么是RTTI，有什么作用，編程時會用到嗎？這個問題先放在這里，等會再解答。

 

1，  .class文件

學過一點點Java的人，都知道Java文件在編譯之后變成了class文件。問題又來了，class文件是什么？肯定有人回答：Class文件就是一個編譯后的文件，就像C/C++的.c和.cpp文件編譯之后編程了.o，還需要解釋嗎？要，必須要。

先來一張class文件的文件格式示意圖。

  

 

沒看懂？必然看不懂，先簡單介紹一下Class文件。

Class文件從文件類型上是二進制文件，問題又來了，什么是二進制文件？二進制文件就是機器能讀懂的語言，自從馮諾依曼的原型機出世，所有的計算機作為它的后代就只認識1和0這兩個數字。二進制文件就是一堆0和1。Class文件就是由一堆0和1堆起來的。但是，無規矩不成方圓，這些0和1是按照某種嚴格的規則放置在對應的位置上。JVM作為Java的運行環境，是規則的制定者和解讀者（盡管是Java的開發者們制定的，我們可以簡單地認為JVM做了這些事情，至少是開發者們讓JVM這么干的）。JVM按照規則來解讀0和1序列，然后告訴計算機如何去執行我們的程序所表達的意願。

但是，Class文件的結構不像XML那些描述型語言那樣松散和自由，它的定義是非常嚴格的，條件也非常的苛刻。Class文件沒有任何的分割符號，哪怕是一個空格一個回車（關於回車為什么叫做回車，點擊這里）。

在圖中Class文件的幾個部分，Header，Constant pool...等，這些數據項無論是順序還是數量都是被嚴格限定的，哪個字節代表什么含義，長度是多少，先后順序如何都被非常苛刻地限制，不允許改變。然后，你會看到Class attributes在class文件的最后，應該用過Java反編譯器吧，有沒有注意過Java反編譯器反編譯的class文件方法在上面，屬性都在下面，就是這個原因。

 

這篇博客講解的很詳細，http://blog.csdn.net/dc_726/article/details/7944154。

文件的開頭是Header，，這段十六進制碼表明了JDK的版本號，所以你把JDK1.7的class文件放在JDK1.6的環境下就不能運行，向下兼容。

 

2， Class類

扯得有點遠了。回到正題。

Java被編譯后，生成了.class文件，JVM此時就要去解讀.class文件。當程序主動去使用某個類時，如果這個類還沒有被加載到內存中，JVM會通過三個步驟對類進行初始化：

1.加載：由類加載器執行，該步驟查找字節碼，並從這些字節碼中創建一個Class對象

2.鏈接：在鏈接階段將驗證類中的字節碼，為靜態域分配存儲空間，並且如果必須的話，將解析這個類創建的對其他類的所有引用。

3.初始化：如果該類有超類，則對其初始化，執行靜態初始化器和靜態初始化塊。

如以上三步，一個.class文件被融入到程序中供其調用。第一個步驟中，查找字節碼並生成一個Class對象，在Java中，如Thinking in Java中提到的，一切皆是對象。被編譯后的Java文件.class也被JVM解析為一個對象，這個對象就是java.lang.Class。

 

這樣當程序在運行時，每個java文件就最終變成了Class類對象的一個實例。我們通過Java的反射機制應用到這個實例，就可以去獲得甚至去添加改變這個類的屬性和動作，使得這個類成為一個動態的類（所謂的動態是按照動態語言的定義——在程序運行時改變其結構：心得函數可以被引進，已有的函數可以被刪除等在結構上的變化）。 由此，可以看出反射機制使得Java語言多么靈活。

 

3，Class類與反射機制

Class類的概念盡管很抽象，但是無疑，它是反射機制的起源，是Java語言中一個精巧美妙地設計。

介紹完.class文件是怎么回事，又簡單說明了.class和Class之間的關系，然后要看一下Class類的官方描述。

官方文檔是最權威的，先來看一下Class類中的API是如何描述Class類的。下面是翻譯后的中文文檔的描述：

Class類的實例表示正在運行的Java應用程序的類和接口。枚舉是一種類，注釋（注解）是一種接口。每個數組屬於被映射為Class對象的一個類，所有具有相同元素類型和維數的數組都共享該Class對象。基本的Java類型（boolean、byte、char、short、int、long、float 和 double）和關鍵字 void 也表示為 Class 對象。Class沒有公用構造方法。Class對象是在加載類時由JVM以及通過調用類加載器中的defineClass方法自動構造的。

看完這個描述，並結合上面提到的三個步驟，應該會有更好的理解。

 4，反射機制的定義和應用

在深入到反射機制之前，先探析一下反射機制的定義和應用。反射機制定義：Java反射機制是在運行狀態時，對於任意一個類，都能夠直到這個類的所有屬性和方法；對於任意一個對象，都能夠調用它的任意一個方法和屬性。

我們不禁會想，得到這些屬性和方法並且去改變它們有什么用？覺得反射機制仿佛很遙遠，但是作為一個全職程序員，除了假期和雙休日，你幾乎每天都在和反射機制打交道，無論你使用的Eclipse系列的IDE（集成開發環境），還是使用的目前較為流行的IntelliJ IDEA，又或者是NetBeans，在你輸入一個對象的名稱，按下”.”時，總會彈出這個對象所擁有的所有方法列表供選擇。這個功能就是反射機制實現的，反射機制得到了這個對象的方法和屬性。

很顯然，是先有的反射機制，才有的自動智能提示，所以上面的例子只能勉強算作反射機制出現和應用的一個動機。

在反射機制設計之初，睿智的設計者們或許就有了分布式的野心。編程人員希望Java能夠提供在跨網絡的遠程平台上創建和運行對象的能力，這種能力的名字大家應該很熟悉，叫做遠程方法調用RMI，這便是編程人員想要在運行時獲取類的信息的又一個動機。RMI允許一個Java程序將對象分布到多台機器上，即在遠程就可以調用某個對象，就像你通過瀏覽器去使用別人提供的網頁服務一樣。這就促成了現在的分布式系統的崛起。然而在JDK的1.1版本中，Java反射機制就出現了。

 

5，Java反射機制的類庫支持及簡介

Class類和java.lang.reflect類庫一起構成了對Java反射機制的支持。其中最常使用到的類是Constructor，Field，Method，而這三個類都繼承了一個接口java.lang.reflect.Member。下面列舉介紹一下java.lang.reflect類庫中的類：

• AccessibleObject：Field，Method，和Constructor對象的基類。提供了將反射的對象標記為在使用時取消默認Java語言訪問控制檢查的能力。
• Array：提供了動態創建和訪問Java數組的方法。
• Constructor：提供關於類的單個構造方法的信息以及對它的訪問權限。
• Field： 提供有關類或接口的單個字段的信息，以及對它的動態訪問權限。反射的字段可能是一個類（靜態）字段或實例字段。
• Method： 提供關於類或接口上單獨某個方法（以及如何訪問該方法）的信息。所反映的方法可能是類方法或實例方法（包括抽象方法）。
• Modifier： 類提供了 static 方法和常量，對類和成員訪問修飾符進行解碼。修飾符集被表示為整數，用不同的位位置 (bit position) 表示不同的修飾符。該類的字段均是int類型的變量。 
• Proxy： 提供用於創建動態代理類和實例的靜態方法，它還是由這些方法創建的所有動態代理類的超類。
• ReflectPermission：反射操作的 Permission 類。ReflectPermission 是一種指定權限，沒有動作。當前定義的唯一名稱是 suppressAccessChecks，它允許取消由反射對象在其使用點上執行的標准 Java 語言訪問檢查 - 對於 public、default（包）訪問、protected、private 成員。

 

當要使用反射機制去探查一個類的內部時，還可以調用getFields()，getMethods()和getConstructors()等很便利的方法。對於反射機制，和RTTI的區別就在於，RTTI是在編譯時打開和檢查.class文件，而反射機制是在運行時打開和檢查.class文件。

 

6，反射機制使用Demo

1.Class類是反射機制的起源，我們得到Class類對象有三種方法：

Class.forName()

Object.getClass()

類字面常量xx.class

　　

解釋一下這三種方法，

• 第一種方法是Class類自帶的方法，
• 第二種方法是所有的對象都能夠使用的方法，因為getClass()方法是Object類的方法，所有的類都繼承了Object，因此所有類的對象也都具有getClass()方法。
• 第三種方法是類字面常量。Thinking in Java中建議使用類字面常量來生成對Class對象的引用，這樣做即簡單又安全，因為在編譯時就會受到檢查，因此不需要置於try語句塊中，並且它根除了對forName()方法的調用，所以也更高效。可以想象一下JDBC的語法，在加載驅動的時候，使用的就是forName()方法，因此即使單獨這一句程序，也要使用try語句塊。

類字面常量使得創建Class對象的引用時不會自動地初始化該對象，而是按照之前提到的加載，鏈接，初始化三個步驟，這三個步驟是個懶加載的過程，不使用的時候就不加載，這種機制是C/C++無法復制模擬的。

 

其他DEMO

 

• Java反射機制demo（一）—實例化Class對象，並獲得其他類包名和類型
• Java反射機制demo（二）—通過Class實例化任意類的對象 
• Java反射機制demo（三）—獲取類中的構造函數
• Java反射機制demo（四）—獲取一個類的父類和實現的接口
• Java反射機制demo（五）—獲得並調用一個類中的方法 
• Java反射機制demo（六）—獲得並操作一個類的屬性