Java高新技术第二篇:反射技术

Java技术篇 尼古拉斯.赵四 5582℃ 0评论

今天我们来看一下Java中的反射技术:

首先来了解一下Java中的反射的一些概念:

Java中的反射是1.2引入的

反射的基石:class类

Class类的各个实例对象分别对应各个类在内存中的字节码,例如Person类的字节码,ArrayList类的字节码,等等。

一个类被类加载器加载到内存中,占用一片存储空间,这个空间里面的内容就是类的字节码,不同的类的字节码是不同的,所以他们在内存中的内容是不同的,这一个个空间可分别用一个个对象来表示,这些对象显然具有相同的类型,这个类型就是Class类型

Java类用于描述一类事物的共性,该类事物有什么属性,没有什么属性,至于这个属性的值是什么,则是由这个类的实例对象确定的,不同的实例对象有不同的属性值,Java程序中的各个Java类,他们是否属于同一类事物,是不是可以用一个类来描述这类事物呢?这个类的名字就是Class,要注意与小写的class关键字的区别,Class类描述了哪些方面的信息呢?类的名字,类的访问属性,类所属的包名,字段名称的列表,方法名称的列表,学习反射,首先要明白Class这个类,下面来看一下实例:

public static void main(String[] args) throws Exception{
		/**第一个例子了解Class类型的定义*/
		String str1 = "abc";//字符串1
		String str2 = "abcd";//字符串2
		//三种方式获取Class类型
		Class cls1 = str1.getClass();
		Class cls2 = str2.getClass();
		Class cls3 = String.class;
		Class cls4 = Class.forName("java.lang.String");
		System.out.println(cls1);//打印字符串1类型
		System.out.println(cls2);//打印字符串2类型
		System.out.println(cls3);
		System.out.println(cls4);
		System.out.println(cls1 == cls2);//字符串1和字符串2的类型是否相等
		System.out.println(cls1 == cls3);
		
		//总之只要在源程序中出现的类型,都有各自的Class实例对象
		System.out.println(cls1.isPrimitive());//是不是原始类型(同样也有类似的方法判断是不是枚举,数组等类型)
		System.out.println(int.class.isPrimitive());
		System.out.println(int.class == Integer.class);//int类型和Integer类型是不一样的,一个是基本类型,一个是对象类型
		System.out.println(int.class == Integer.TYPE);//8中数据基本类型都对应与其对象类型中的TYPE字段
		System.out.println(int[].class.isPrimitive());//数组类型不是原始类型,数组是一个对象类型即int[]是一个Object
	}

运行结果:

对应输出的结果可以看出,三种获取String类型的方法得到的结果都是java.lang.String,同时还有就是str1字符串1和str2字符串2的类型也是一样的,即使类容不一样,这个就和上面说的一致了,同样的类型对应在内存中的字节码是一样的,即JVM只加载相同类型的字节码到内存只有一次,内存中同样的类型的字节码也是只有一份,所以即使对象的内容不一样,但是类型一样,字节码是一样的,这个不要和对象不一样的概念混淆了,

System.out.println(str1==str2)

这段代码输出的肯定是false,因为str1和str2是两个不同的对象,由此可以看出,类型是一样的Class对象是相等的,当然也可以用Class对象来判断两个对象是不是同一种类型

下面来看一下基本类型和对象类型的却别:

int是基本类型,Integer是对象类型,这个类型是不一样的,所以Class对象也是不一样的,同时Class对象中也提供了一些判断方法,比如判断是不是基本类型,枚举类型,数组类型等信息,还有一点要注意的就是基本类型数组是一个对象类型,所以下面的代码是没有错的:

Object obj = {1,2,3}

在来看一下8种数据类型对应的对象中的字段TYPE,先来看一下文档:

文档中说了,Java中的8中基本数据类型的字节码对应的就是其对象类型中的TYPE字段(这里还有一个Void类型),再看一下Integer中的TYPE字段的定义:

/**
     * The {@code Class} instance representing the primitive type
     * {@code int}.
     *
     * @since   JDK1.1
     */
    public static final Class<Integer>  TYPE = (Class<Integer>) Class.getPrimitiveClass("int");

就是获取int类型的字节码

下面来看一下Class中的Constructor类(类的构造方法)

Class中的Constructor类是对象的构造方法反射出来对应的对象类型,具体看一下代码:

public static void main(String[] args) throws Exception{
		/**获取String对象指定的构造方法(通过方法的参数类型,传递参数的Class对象)*/
		Constructor constructor = String.class.getConstructor(StringBuffer.class);//得到String对象的一个参数是StringBuffer的构造方法
		String str = (String) constructor.newInstance(new StringBuffer("abc"));//生成对象String,当然要传递一个StringBuffer参数
		System.out.println(str);//打印值
		/**总结:这种方法是要传递参数类型和参数的值,getConstructor(...)方法的参数是一个可变参数,因为构造方法可能有多个参数*/
		
		/**获取String默认的构造方法生成String对象*/
		String str1 = String.class.newInstance();
		
		/**获取String对象的所有构造方法,并将构造方法的参数类型打印出来*/
		Constructor[] constructors = Class.forName("java.lang.String").getConstructors();
		for(int i=0;i<constructors.length;i++){
			Type[] type = constructors[i].getGenericParameterTypes();
			for(int j=0;j<type.length;j++)
				System.out.print(type[j]+",");
			System.out.println();
		}
	}

运行结果:

通过getConstructor(…)方法可以获取到String对象对应的参数类型的构造方法对象,因为一个对象可能有多个构造方法,所以getConstructor方法的参数是一个可变参数类型,可以同时传递多个类型,在生成String对象的时候,还需要传递参数值,这个和我们用常规方法产生String对象类似

同时也可以很方便的通过Class对象中的newInstance方法直接获取到String对象,这里是通过String对象的默认构造方法产生的对象,看一下newInstance的源代码:

public T newInstance()
        throws InstantiationException, IllegalAccessException
    {
        if (System.getSecurityManager() != null) {
            checkMemberAccess(Member.PUBLIC, ClassLoader.getCallerClassLoader());
        }
        return newInstance0();
    }

在来看一下newInstance0方法的代码:

 private T newInstance0()
        throws InstantiationException, IllegalAccessException
    {
        // NOTE: the following code may not be strictly correct under
        // the current Java memory model.

        // Constructor lookup
        if (cachedConstructor == null) {
            if (this == Class.class) {
                throw new IllegalAccessException(
                    "Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class"
                );
            }
            try {
                Class<?>[] empty = {};
                final Constructor<T> c = getConstructor0(empty, Member.DECLARED);
                // Disable accessibility checks on the constructor
                // since we have to do the security check here anyway
                // (the stack depth is wrong for the Constructor's
                // security check to work)
                java.security.AccessController.doPrivileged(
                    new java.security.PrivilegedAction<Void>() {
                        public Void run() {
                                c.setAccessible(true);
                                return null;
                            }
                        });
                cachedConstructor = c;
            } catch (NoSuchMethodException e) {
                throw new InstantiationException(getName());
            }
        }
        Constructor<T> tmpConstructor = cachedConstructor;
        // Security check (same as in java.lang.reflect.Constructor)
        int modifiers = tmpConstructor.getModifiers();
        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(this, modifiers)) {
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass(3);
            if (newInstanceCallerCache != caller) {
                Reflection.ensureMemberAccess(caller, this, null, modifiers);
                newInstanceCallerCache = caller;
            }
        }
        // Run constructor
        try {
            return tmpConstructor.newInstance((Object[])null);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            Unsafe.getUnsafe().throwException(e.getTargetException());
            // Not reached
            return null;
        }
    }

代码有点长,我不需要全部看懂,只需要看其中的一部分即可:首先来看一下这段代码:

 if (cachedConstructor == null) {
            if (this == Class.class) {
                throw new IllegalAccessException(
                    "Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class"
                );
            }

cacheConstructor定义是:

private volatile transient Constructor<T> cachedConstructor;

从名字上可以了解到是一个缓存的概念,由此我们可以猜测,这里用到了缓存机制,同时也说明了,反射是很耗资源的。

在来看一下代码:

try {
            return tmpConstructor.newInstance((Object[])null);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            Unsafe.getUnsafe().throwException(e.getTargetException());
            // Not reached
            return null;
        }

返回的时候用的是Constructor方法newInstance,同时传递的参数是null,因为默认的构造方法是无参的,从源代码中可以看出,Class中的newInstance方法实际上还是通过Constructor中的newInstance方法生成对象的。

上面还有就是打印出了String所有构造方法的参数类型,其中有一部分是空行的,这个就是String的无参的构造方法,什么也没有打印,打印出来的这些类型都是签名的。

下面在来看一下Field类,用来表示对象字段类型的

代码:

	public static void main(String[] args) throws Exception{
		/**获取ReflectPoint类中的public的y字段(字段用名称来区分,方法用参数类型和个数和顺序来区分)*/
		ReflectPoint point = new ReflectPoint(3,5);
		Field fieldY = point.getClass().getField("y");
		System.out.println("y字段的类型:"+fieldY.getGenericType());//获取字段的类型
		System.out.println("y的值是:"+fieldY.get(point));//获取字段的值
		/**获取ReflectPoint类中的private的x字段*/
		Field fieldX = point.getClass().getDeclaredField("x");//没有用getField方法了,因为getField方法只能获取到public字段,getDeclaredField可以获取到所有的字段
		fieldX.setAccessible(true);//因为x字段是private私有的,所以要暴力访问
		System.out.println("x字段的类型:"+fieldX.getGenericType());
		System.out.println("x的值是:"+fieldX.get(point));
		/**将ReflectPoint对象中的String类型字段中的"j"字符换成"a"*/
		Field[] fields = point.getClass().getDeclaredFields();
		for(int i=0;i<fields.length;i++){
			if(fields[i].getType() == String.class){
				String oldValue = (String) fields[i].get(point);
				String newValue = oldValue.replace("j", "a");
				fields[i].set(point, newValue);
			}
		}
		System.out.println(point);
	}

下面是ReflectPoint类:

package com.reflect.demo;

public class ReflectPoint {
	
	private int x;//私有的
	public int y;//公共的
	public String str = "jiangwei";
	public String str1 = "jiangzhi";
	
	public ReflectPoint(){
	}
	
	public ReflectPoint(int x, int y) {
		super();
		this.x = x;
		this.y = y;
	}
	
	public String getStr() {
		return str;
	}

	public void setStr(String str) {
		this.str = str;
	}

	public String getStr1() {
		return str1;
	}

	public void setStr1(String str1) {
		this.str1 = str1;
	}

	public int getX() {
		return x;
	}
	public void setX(int x) {
		this.x = x;
	}
	public int getY() {
		return y;
	}
	public void setY(int y) {
		this.y = y;
	}
	
	@Override
	public String toString() {
		return "ReflectPoint [x=" + x + ", y=" + y + ", str=" + str + ", str1="
				+ str1 + "]";
	}
	

}

运行结果如下:

获取ReflectPoint对象中的所有字段,如果字段是String类型的,就将他的内容中的”j”字符换成”a”字符

这里要注意的是:在获取字段x的时候不能像获取其他的字段一样,因为x是private的,所以会出现以下问题:

没有找到字段x,所以这时候需要用getDeclaredField方法,这个方法是获取类中所有的字段,而getField方法是获取public的字段,但是这时候运行还是报错:

提示说不能访问ReflectPoint类中的私有变量,这时候需要再加一段代码:

fieldX.setAccessible(true);//因为x字段是private私有的,所以要暴力访问

这时候运行就没有问题了,所以如果类中的字段不是public的时候,在获取类的字段时候要注意,首先要能拿到这个字段用getDeclaredField方法,然后是能够操作这个字段还要加一段代码:fieldX.setAccessible(true);这样就可以访问类中的所有字段了。

下面在来看一下Method类,是对应对象中方法

public static void main(String[] args) throws Exception{
		Method methodCharAt = String.class.getMethod("charAt", int.class);
		System.out.println(methodCharAt.invoke("abc", 2));
		
		Method[] methods = String.class.getDeclaredMethods();
		for(int i=0;i<methods.length;i++){
			System.out.println("方法名:"+methods[i].getName());
		}
	}

运行结果:

String类中有很多的方法,这里没有全部截图出来,这个作用很大的,我们就可以控制一个方法的执行流程,比如我想在String的charAt方法执行前干一件事,执行后干一件事,这个就是AOP概念了,后面的代理模式也要用到这个方法,所以说这个Method的作用很大的。

下面来看一下怎么反射带有数组参数的方法

看一下代码:

public static void main(String[] args) throws Exception{
		Method method = ReflectTest.class.getMethod("print", int[].class);
		//invoke(Object obj,Object...args);
		//JDK1.5:Object...
		//JDK1.4:Object[]...
		//先走1.4版本的,如果不符合就走1.5的版本,所以传递一个new Integer[]数组,因为Integer是Object,所以走JDK1.4版本的Object[] args
		//这样对应的参数是args:1,2,3 args.length=3,但是方法print只有一个参数,所以会报异常
		//如果将参数改成new int[]{1,2,3}的话,就不会了,因为int[]数组本身就是一个Object类型的,所以JDK1.4版本的走不通,所以走JDK1.5版本的
		//JDK1.5版本中,编译器拿到int[](Object)直接传给args,这时候可变参数还是会转化成Object[]数组,但是这时候args.length=1,所以不会报错
		method.invoke(null, new Integer[]{1,2,3});
	}
	
public static void print(int[] a){
		for(int i=0;i<a.length;i++)
			System.out.println(a[i]);
	}

这个方法中就是通过反射带有数组类型的方法,然后用invoke方法执行,但是这里有个问题就是版本兼容的问题,我们知道可变参数是JDK1.5引入的,为了兼容向下版本,所以有可变参数的方法,首先会执行其对应的JDK低版本的方法,比如这里的invoke方法,invoke(Object obj,Object…args)这个是JDK1.5版本中定义的,在JDK1.4版本中的定义是invoke(Object obj,Object[] args),可以查看源代码:

public Object invoke(Object obj, Object... args)
        throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,
           InvocationTargetException
    {
        if (!override) {
            if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
                Class<?> caller = Reflection.getCallerClass(1);

                checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);
            }
        }
        MethodAccessor ma = methodAccessor;             // read volatile
        if (ma == null) {
            ma = acquireMethodAccessor();
        }
        return ma.invoke(obj, args);
    }

其中ma.invoke(Object,Object[] args)的,由此也说明了,可变参数和数组时相同的,互相传递参数是没有问题的。

言归正传,现在的问题是我给invoke(null,new Integer[]{1,2,3})传递这样的参数,执行报错(因为print是static,所以不依赖于对象类型,第一个参数为null)

提示参数个数不匹配,这个很郁闷呀,为什么不对呢?print方法接受的是一个int[]类型的数组,我传递一个Integer[]数组,为什么会提示参数的个数不正确呢?下面来解释一下原因:

刚才也说道了,为了版本的兼容问题,所以先走JDK1.4版本的

JDK1.5版本是:Object… args

JDK1.4版本是:Object[] args

而Integer是Object对象,所以new Integer[]相当于是new Object[]所以会走JDK1.4版本的,那么此时args.length=3了,但是print参数的个数是1,所以会报错了

我现在把new Integer[]改成new int[],然后运行,尽然不报错了,这个又是为什么呢?

这个是因为Java中数组是一个Object,所以int[]是一个Object,但是Integer本身是一个Object,所以Integer[]是一个Object[]这个要注意,不要混淆,也就是说,Java中的基本类型的数据是一个Object,那么new int[]是一个Object,所以先走JDK1.4版本的Object[] args发现不匹配,所以在走JDK1.5版本的Object…args这个可以匹配的,可变参数args就传递一个Object(int[]),所以args.length=1这时候参数的个数匹配了,所以不报错了。

这里要注意两个问题:

一个是版本兼容的问题。

对于这个问题,我可以这样修改代码:

invoke(null,newObject[]{new Integer[]{1,2,3}});

invoke(null,(Object)new Integer[]{1,2,3});

这两种方式都可以,原理都是一样的,第一种方式是Object[] args直接走JDK1.4版本的,这时候args.length=1,所以不报错了,第二种方式是强制转化成Object,这样就表明了不走JDK1.4版本的Object[] args.而是走JDK1.5的Object… args的,这样args.length=1,解决方法的根据就是让args.length=1即可

这里还有另外的一种方式(这种方式和本文研究的问题是没有关系的,只是一种解决方案):

// 数组参数的调用方法  
Method arrayInputMethod = clazz.getMethod("print",Integer[].class);
Object arrayObj = Array.newInstance(Integer.class, 3);//初始化大小为2,数组元素类型是Integer的数组  
Array.set(arrayObj, 0, 1);  
Array.set(arrayObj, 1, 2);
Array.set(arrayObj, 2, 3);  
arrayInputMethod.invoke(object, arrayObj);

这样也可以解决上面的问题,但是这个和此问题没有关系,只是做一下拓展.

还有一个问题就是Java中的基本类型数组是Object对象,下面在来看一下案例:

public static void main(String[] args) throws Exception{
		int[] intAry = {1,2,3};
		String[] strAry = {"a","b","c"};
		//将数组转化成list然后将内容打印出来
		System.out.println(Arrays.asList(intAry));
		System.out.println(Arrays.asList(strAry));
	}

打印结果如下:

问题来了,为什么没有打印[1,2,3]呢,而String数组可以正常打印呢?,这个就是因为int[]是一个Object对象,看一下Arrays.asList方法的定义:

从文档中可以看到asList方法用到了可变参数,上面说到了,只要方法中的参数是可变参数类型的,要向下兼容,所以会有:

JDK1.5版本的asList(T…a)

JDK1.4版本的asList(T[] a)

这里的T是Object 所以int[]是一个Object,走JDK1.5版本的,所以只打印了一个数据就是int[]类型的对象的hashCode,而String数组走的是JDK1.4版本的,所以全部打印出来了,当然如果将int[]改成Integer[]也可以打印出来的。这个问题说明了,Java中的基本类型数组时一个Object.

今天就说到这里了,没有接触过反射的同学可能认为反射是个很神奇的东西,其实看过之后,感觉很简单的,这篇写的很爽,因为不难嘛!下一篇是泛型了,这个就有点蛋疼了!

转载请注明:尼古拉斯.赵四 » Java高新技术第二篇:反射技术

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