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反射机制
侯捷谈java反射机制收藏
这篇文章对反射讲得挺深入的,值得收藏
有时候我们说某个语言具有很强的动态性,有时候我们会区分动态和静态的不同技术与作法。
我们朗朗上口动态绑定(dynamicbinding)、动态链接(dynamiclinking)、动态加载(dynamicloading)等。
然而“动态”一词其实没有绝对而普遍适用的严格定义,有时候甚至像对象导向当初被导入编程领域一样,一人一把号,各吹各的调。
一般而言,开发者社群说到动态语言,大致认同的一个定义是:
“程序运行时,允许改变程序结构或变量类型,这种语言称为动态语言”。
从这个观点看,Perl,Python,Ruby是动态语言,C++,Java,C#不是动态语言。
尽管在这样的定义与分类下Java不是动态语言,它却有着一个非常突出的动态相关机制:
Reflection。
这个字的意思是“反射、映象、倒影”,用在Java身上指的是我们可以于运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。
换句话说,Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class,获悉其完整构造(但不包括methods定义),并生成其对象实体、或对其fields设值、或唤起其methods1。
这种“看透class”的能力(theabilityoftheprogramtoexamineitself)被称为introspection(内省、内观、反省)。
Reflection和introspection是常被并提的两个术语。
Java如何能够做出上述的动态特性呢?
这是一个深远话题,本文对此只简单介绍一些概念。
整个篇幅最主要还是介绍ReflectionAPIs,也就是让读者知道如何探索class的结构、如何对某个“运行时才获知名称的class”生成一份实体、为其fields设值、调用其methods。
本文将谈到java.lang.Class,以及java.lang.reflect中的Method、Field、Constructor等等classes。
“Class”class
众所周知Java有个Objectclass,是所有Javaclasses的继承根源,其内声明了数个应该在所有Javaclass中被改写的methods:
hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。
其中getClass()返回一个Classobject。
Classclass十分特殊。
它和一般classes一样继承自Object,其实体用以表达Java程序运行时的classes和interfaces,也用来表达enum、array、primitiveJavatypes(boolean,byte,char,short,int,long,float,double)以及关键词void。
当一个class被加载,或当加载器(classloader)的defineClass()被JVM调用,JVM便自动产生一个Classobject。
如果您想借由“修改Java标准库源码”来观察Classobject的实际生成时机(例如在Class的constructor内添加一个println()),不能够!
因为Class并没有publicconstructor(见图1)。
本文最后我会拨一小块篇幅顺带谈谈Java标准库源码的改动办法。
Class是Reflection故事起源。
针对任何您想探勘的class,唯有先为它产生一个Classobject,接下来才能经由后者唤起为数十多个的ReflectionAPIs。
这些APIs将在稍后的探险活动中一一亮相。
#001publicfinal
#002classClass
#003java.lang.reflect.GenericDeclaration,
#004java.lang.reflect.Type,
#005java.lang.reflect.AnnotatedElement{
#006privateClass(){}
#007publicStringtoString(){
#008return(isInterface()?
"interface":
#009(isPrimitive()?
"":
"class"))
#010+getName();
#011}
...
图1:
Classclass片段。
注意它的privateemptyctor,意指不允许任何人经由编程方式产生Classobject。
是的,其object只能由JVM产生。
“Class”object的取得途径
Java允许我们从多种管道为一个class生成对应的Classobject。
图2是一份整理。
Classobject诞生管道
示例
运用getClass()
注:
每个class都有此函数
Stringstr="abc";
Classc1=str.getClass();
运用
Class.getSuperclass()2
Buttonb=newButton();
Classc1=b.getClass();
Classc2=c1.getSuperclass();
运用staticmethod
Class.forName()
(最常被使用)
Classc1=Class.forName("java.lang.String");
Classc2=Class.forName("java.awt.Button");
Classc3=Class.forName("java.util.LinkedList$Entry");
Classc4=Class.forName("I");
Classc5=Class.forName("[I");
运用
.class语法
Classc1=String.class;
Classc2=java.awt.Button.class;
Classc3=Main.InnerClass.class;
Classc4=int.class;
Classc5=int[].class;
运用
primitivewrapperclasses
的TYPE语法
Classc1=Boolean.TYPE;
Classc2=Byte.TYPE;
Classc3=Character.TYPE;
Classc4=Short.TYPE;
Classc5=Integer.TYPE;
Classc6=Long.TYPE;
Classc7=Float.TYPE;
Classc8=Double.TYPE;
Classc9=Void.TYPE;
图2:
Java允许多种管道生成Classobject。
Javaclasses组成分析
首先容我以图3的java.util.LinkedList为例,将Javaclass的定义大卸八块,每一块分别对应图4所示的ReflectionAPI。
图5则是“获得class各区块信息”的程序示例及执行结果,它们都取自本文示例程序的对应片段。
packagejava.util;//
(1)
importjava.lang.*;//
(2)
publicclassLinkedList
extendsAbstractSequentialList
implementsList
Cloneable,java.io.Serializable//(7)
{
privatestaticclassEntry
publicLinkedList(){…}//(9)
publicLinkedList(Collection
extendsE>c){…}
publicEgetFirst(){…}//(10)
publicEgetLast(){…}
privatetransientEntry
privatetransientintsize=0;
}
图3:
将一个Javaclass大卸八块,每块相应于一个或一组ReflectionAPIs(图4)。
Javaclasses各成份所对应的ReflectionAPIs
图3的各个Javaclass成份,分别对应于图4的ReflectionAPI,其中出现的Package、Method、Constructor、Field等等classes,都定义于java.lang.reflect。
Javaclass内部模块(参见图3)
Javaclass内部模块说明
相应之ReflectionAPI,多半为Classmethods。
返回值类型(returntype)
(1)package
class隶属哪个package
getPackage()
Package
(2)import
class导入哪些classes
无直接对应之API。
解决办法见图5-2。
(3)modifier
class(或methods,fields)的属性
intgetModifiers()
Modifier.toString(int)
Modifier.isInterface(int)
int
String
bool
(4)classnameorinterfacename
class/interface
名称getName()
String
(5)typeparameters
参数化类型的名称
getTypeParameters()
TypeVariable
(6)baseclass
baseclass(只可能一个)
getSuperClass()
Class
(7)implementedinterfaces
实现有哪些interfaces
getInterfaces()
Class[]
(8)innerclasses
内部classes
getDeclaredClasses()
Class[]
(8')outerclass
如果我们观察的class本身是innerclasses,那么相对它就会有个outerclass。
getDeclaringClass()
Class
(9)constructors
构造函数getDeclaredConstructors()
不论public或private或其它accesslevel,皆可获得。
另有功能近似之取得函数。
Constructor[]
(10)methods
操作函数getDeclaredMethods()
不论public或private或其它accesslevel,皆可获得。
另有功能近似之取得函数。
Method[]
(11)fields
字段(成员变量)
getDeclaredFields()不论public或private或其它accesslevel,皆可获得。
另有功能近似之取得函数。
Field[]
图4:
Javaclass大卸八块后(如图3),每一块所对应的ReflectionAPI。
本表并非
ReflectionAPIs的全部。
JavaReflectionAPI运用示例
图5示范图4提过的每一个ReflectionAPI,及其执行结果。
程序中出现的tName()是个辅助函数,可将其第一自变量所代表的“Javaclass完整路径字符串”剥除路径部分,留下class名称,储存到第二自变量所代表的一个hashtable去并返回(如果第二自变量为null,就不储存而只是返回)。
#001Classc=null;
#002c=Class.forName(args[0]);
#003
#004Packagep;
#005p=c.getPackage();
#006
#007if(p!
=null)
#008System.out.println("package"+p.getName()+";");
执行结果(例):
packagejava.util;
图5-1:
找出class隶属的package。
其中的c将继续沿用于以下各程序片段。
#001ff=c.getDeclaredFields();
#002for(inti=0;i #003x=tName(ff[i].getType().getName(),classRef); #004 #005cn=c.getDeclaredConstructors(); #006for(inti=0;i #007Classcx[]=cn[i].getParameterTypes(); #008for(intj=0;j #009x=tName(cx[j].getName(),classRef); #010} #011 #012mm=c.getDeclaredMethods(); #013for(inti=0;i #014x=tName(mm[i].getReturnType().getName(),classRef); #015Classcx[]=mm[i].getParameterTypes(); #016for(intj=0;j #017x=tName(cx[j].getName(),classRef); #018} #019classRef.remove(c.getName());//不必记录自己(不需import自己) 执行结果(例): importjava.util.ListIterator; importjava.lang.Object; importjava.util.LinkedList$Entry; importjava.util.Collection; importjava.io.ObjectOutputStream; importjava.io.ObjectInputStream; 图5-2: 找出导入的classes,动作细节详见内文说明。 #001intmod=c.getModifiers(); #002System.out.print(Modifier.toString(mod));//整个modifier #003 #004if(Modifier.isInterface(mod)) #005System.out.print("");//关键词"interface"已含于modifier #006else #007System.out.print("class");//关键词"class" #008System.out.print(tName(c.getName(),null));//class名称 执行结果(例): publicclassLinkedList 图5-3: 找出class或interface的名称,及其属性(modifiers)。 #001TypeVariable #002tv=c.getTypeParameters();//warning: uncheckedconversion #003for(inti=0;i #004x=tName(tv[i].getName(),null);//例如E,K,V... #005if(i==0)//第一个 #006System.out.print("<"+x); #007else//非第一个 #008System.out.print(","+x); #009if(i==tv.length-1)//最后一个 #010System.out.println(">"); #011} 执行结果(例): publicabstractinterfaceMap 或publicclassLinkedList 图5-4: 找出parameterizedtypes的名称 #001ClasssupClass; #002supClass=c.getSuperclass(); #003if(supClass! =null)//如果有superclass #004System.out.print("extends"+ #005tName(supClass.getName(),classRef)); 执行结果(例): publicclassLinkedList extendsAbstractSequentialList, 图5-5: 找出baseclass。 执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。 此非本处重点,为简化计,不多做处理。 #001Classcc[]; #002Classctmp; #003//找出所有被实现的interfaces #004cc=c.getInterfaces(); #005if(cc.length! =0) #006System.out.print(",\r\n"+"implements");//关键词 #007for(Classcite: cc)//JDK1.5新式循环写法 #008System.out.print(tName(cite.getName(),null)+","); 执行结果(例): publicclassLinkedList extendsAbstractSequentialList, implementsList,Queue,Cloneable,Serializable, 图5-6: 找出implementedinterfaces。 执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。 此非本处重点,为简化计,不多做处理。 #001cc=c.getDeclaredClasses();//找出innerclasses #002for(Classcite: cc) #003System.out.println(tName(cite.getName(),null)); #004 #005ctmp=c.getDeclaringClass();//找出outerclasses #006if(ctmp! =null) #007System.out.println(ctmp.getName()); 执行结果(例): LinkedList$Entry LinkedList$ListItr 图5-7: 找出innerclasses和outerclass #001Constructorcn[]; #002cn=c.getDeclaredConstructors(); #003for(inti=0;i #004intmd=cn[i].getModifiers(); #005System.out.print(""+Modifier.toString(md)+""+ #006cn[i].getName()); #007Classcx[]=cn[i].getParameterTypes(); #008System.out.print("("); #009for(intj=0;j #010System.out.print(tName(cx[j].getName(),null)); #011if(j<(cx.length-1))System.out.print(","); #012} #013System.out.print(")"); #014} 执行结果(例): publicjava.util.LinkedList(Collection) publicjava.util.LinkedList() 图5-8a: 找出所有constructors #004System.out.println(cn[i].toGenericString()); 执行结果(例): publicjava.util.LinkedList(java.util.Collection extendsE>) publicjava.util.LinkedList() 图5-8b: 找出所有constructors。 本例在for循环内使用toGenericString(),省事。 #001Methodmm[]; #002mm=c.getDeclaredMethods(); #003for(inti=0;i #004intmd=mm[i].getModifiers(); #005System.out.print(""+Modifier.toString(md)+""+ #006tName(mm[i].getReturnType().getName(),null)+""+ #007mm[i].getName()); #008Classcx[]=mm[i].getParameterTypes(); #009System.out.print("("); #010for(intj=0;j #011System.out.print(tName(cx[j].getName(),null)); #012if(j<(cx.length-1))System.out.print(","); #013} #014System.out.print(")"); #015} 执行结果(例): pu
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