Java基础系列—Java反射

能够分析类能力的程序称为反射(reflective)。反射机制的功能非常强大，主要提供了如下功能：

• 对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；

• 对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性；

Class类

在程序运行期间，Java运行时系统始终为所有的对象维护一个被称为运行时的类型标识。这个信息跟踪着每个对象所属的类。虚拟机利用运行时类型信息选择相应的方法执行。然而， 可以通过专门的Java类访问这些信息，这个类为java.lang.Class 。

类Class的实例表示正在运行的Java应用程序中的类和接口。 枚举是一种类，一个注释是一种接口。每个数组也属于一个类，它被反映为具有相同元素类型和维数的所有数组共享的Class对象。 原始Java类型（boolean，byte，char，short，int，long，float和double）和关键字void也表示为Class对象。

Class类没有公共构造函数。Class对象由Java虚拟机自动构建，因为加载了类，并且通过调用类加载器中的defineClass方法。

虽然我们不能new一个Class对象，但是却可以通过已有的类得到一个Class对象，共有如下三种方式：

1、Class类的forName方法

Class<?> clazz = Class.forName("com.codersm.study.jdk.reflect.Person");

2、通过一个类的对象的getClass()方法

Class<?> clazz = new Person().getClass();

3、Class字面常量

Class<Person> clazz = Person.Class;

小结：

1. 注意调用forName方法时需要捕获一个名称为ClassNotFoundException的异常，因为forName方法在编译器是无法检测到其传递的字符串对应的类是否存在的，只能在程序运行时进行检查，如果不存在就会抛出ClassNotFoundException异常。

2. Class字面常量这种方法更加简单，更安全。因为它在编译器就会受到编译器的检查同时由于无需调用forName方法效率也会更高， 因为通过字面量的方法获取Class对象的引用不会自动初始化该类?。 更加有趣的是字面常量的获取Class对象引用方式不仅可以应用于普通的类，也可以应用用接口，数组以及基本数据类型。

Class类提供了大量的实例方法来获取该Class对象所对应的详细信息,Class类大致包含如下方法,其中每个方法都包含多个重载版本,因此我们只是做简单的介绍,详细请参考JDK文档。

• 获取类信息

  获取内容	方法签名
  构造器	Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)
  方法	Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)
  属性	Field getField(String name)
  Annotation	<A extends Annotation> A getAnnotation(Class<A> annotationClass)
  内部类	Class<?>[] getDeclaredClasses()
  外部类	Class<?> getDeclaringClass()
  实现的接口	Class<?>[] getInterfaces()
  修饰符	int getModifiers()
  所在包	Package getPackage()
  类名	String getName()
  简称	String getSimpleName()

  注: getDeclaredXxx方法可以获取所有的Xxx,无论private/public。

• 判断类本身信息的方法

  判断内容	方法签名
  注解类型?	boolean isAnnotation()
  使用了该Annotation修饰?	boolean isAnnotationPresent(Class<? extends Annotation> annotationClass)
  匿名类?	boolean isAnonymousClass()
  数组?	boolean isArray()
  枚举?	boolean isEnum()
  原始类型?	boolean isPrimitive()
  接口?	boolean isInterface()
  obj是否是该Class的实例	boolean isInstance(Object obj)

• 使用反射生成并操作对

  • 程序可以通过Method对象来执行相应的方法;

  • 通过Constructor对象来调用对应的构造器创建实例;

  • 通过Filed对象直接访问和修改对象的成员变量值。

创建对象

通过反射来生成对象的方式有两种:

1. 使用Class对象的newInstance()方法来创建该Class对象对应类的实例(这种方式要求该Class对象的对应类有默认构造器) 。

2. 先使用Class对象获取指定的Constructor对象, 再调用Constructor对象的newInstance()方法来创建该Class对象对应类的实例(通过这种方式可以选择指定的构造器来创建实例) 。

class Person {

    private String name;

    private Integer age;

    public Person() {
        this.name = "system";
        this.age = 99;
    }

    public Person(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '/'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}


public class Test {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<Person> pClass = Person.class;
        // 通过第1种方式创建对象
        Person p = pClass.newInstance();
        System.out.println(p);
        // 通过第2种方式创建对象
        Constructor<Person> constructor = pClass.getDeclaredConstructor(
                                                    String.class, Integer.class);
        Person person2 = constructor.newInstance("zhangsan",20);
        System.out.println(person2);
    }
}

调用方法

当获取到某个类对应的Class对象之后, 就可以通过该Class对象的getMethod来获取一个Method数组或Method对象.每个Method对象对应一个方法,在获得Method对象之后,就可以通过调用invoke方法来调用该Method对象对应的方法。

Person person = new Person();
    // 获取getAge方法
    Method getAgeMethod = person.getClass().getMethod("getAge",null);
    // 调用invoke方法来调用getAge方法
    Integer age = (Integer) getAgeMethod.invoke(person,null);
    System.out.println(age);

访问成员变量

通过Class对象的的getField()方法可以获取该类所包含的全部或指定的成员变量Field，Filed提供了如下两组方法来读取和设置成员变量值.

1. getXxx(Object obj): 获取obj对象的该成员变量的值, 此处的Xxx对应8中基本类型,如果该成员变量的类型是引用类型, 则取消get后面的Xxx;

2. setXxx(Object obj, Xxx val): 将obj对象的该成员变量值设置成val值.此处的Xxx对应8种基本类型, 如果该成员类型是引用类型, 则取消set后面的Xxx;

Person person = new Person();
 // 获取name成员变量Field
 Field nameField = person.getClass().getDeclaredField("name");
 // 启用访问控制权限
 nameField.setAccessible(true);
 // 获取person对象的成员变量name的值
 String name = (String) nameField.get(person);
 System.out.println("name = " + name);
 // 设置person对象的成员变量name的值
 nameField.set(person, "lisi");
 System.out.println(person);

操作数组

在Java的java.lang.reflect包中存在着一个可以动态操作数组的类，Array提供了动态创建和访问Java数组的方法。Array允许在执行get或set操作进行取值和赋值。在Class类中与数组关联的方法是：

java.lang.reflect.Array中的常用静态方法如下：

• newInstance(Class<?> componentType, int length)

• newInstance(Class<?> componentType, int... dimensions)

• int getLength(Object array)

• Object get(Object array, int index)

• void set(Object array, int index, Object value)

实现通用数组复制功能，其代码如下：

public class GenericityArray {

    public static <T> T[] copy(T[] clazz) {
        return (T[]) Array.newInstance(
                        clazz.getClass().getComponentType(), 
                        clazz.length);
}

    public static void main(String[] args) {
        Integer[] array = {1, 2, 3};
        Integer[] copyArray = GenericityArray.copy(array);
        System.out.println(copyArray.length);
    }
}

使用反射获取泛型信息

为了通过反射操作泛型以迎合实际开发的需要, Java新增了 java.lang.reflect.ParameterizedType 、 java.lang.reflect.GenericArrayType 、 java.lang.reflect.TypeVariable 、 java.lang.reflect.WildcardType 。

其中, 我们可以使用ParameterizedType来获取泛型信息.

public class Client {
 
    private Map<String, Object> objectMap;
 
    public void test(Map<String, User> map, String string) {
    }
 
    public Map<User, Bean> test() {
        return null;
    }
 
    /**
     * 测试属性类型
     *
     * @throws NoSuchFieldException
     */
    @Test
    public void testFieldType() throws NoSuchFieldException {
        Field field = Client.class.getDeclaredField("objectMap");
        Type gType = field.getGenericType();
        // 打印type与generic type的区别
        System.out.println(field.getType());
        System.out.println(gType);
        System.out.println("**************");
        if (gType instanceof ParameterizedType) {
            ParameterizedType pType = (ParameterizedType) gType;
            Type[] types = pType.getActualTypeArguments();
            for (Type type : types) {
                System.out.println(type.toString());
            }
        }
    }
 
    /**
     * 测试参数类型
     *
     * @throws NoSuchMethodException
     */
    @Test
    public void testParamType() throws NoSuchMethodException {
        Method testMethod = Client.class.getMethod("test", Map.class, String.class);
        Type[] parameterTypes = testMethod.getGenericParameterTypes();
        for (Type type : parameterTypes) {
            System.out.println("type -> " + type);
            if (type instanceof ParameterizedType) {
                Type[] actualTypes = ((ParameterizedType) type).getActualTypeArguments();
                for (Type actualType : actualTypes) {
                    System.out.println("/tactual type -> " + actualType);
                }
            }
        }
    }
 
    /**
     * 测试返回值类型
     *
     * @throws NoSuchMethodException
     */
    @Test
    public void testReturnType() throws NoSuchMethodException {
        Method testMethod = Client.class.getMethod("test");
        Type returnType = testMethod.getGenericReturnType();
        System.out.println("return type -> " + returnType);
 
        if (returnType instanceof ParameterizedType) {
            Type[] actualTypes = ((ParameterizedType) returnType).getActualTypeArguments();
            for (Type actualType : actualTypes) {
                System.out.println("/tactual type -> " + actualType);
            }
        }
    }
}