Java反射機制深入研究
Java 反射是Java語言的一個很重要的特徵，它使得Java具體了“動態性”。
在Java運行時環境中，對於任意一個類，能否知道這個類有哪些屬性和方法？對於任意一個對象，能否調用它的任意一個方法？答案是肯定的。這種動態獲取類的信息以及動態調用對象的方法的功能來自於Java 語言的反射（Reflection）機制。
Java 反射機制主要提供了以下功能：
在運行時判斷任意一個對象所屬的類。
在運行時構造任意一個類的對象。
在運行時判斷任意一個類所具有的成員變量和方法。
在運行時調用任意一個對象的方法。
Reflection 是Java被視爲動態（或準動態）語言的一個關鍵性質。這個機制允許程序在運行時透過Reflection APIs取得任何一個已知名稱的class的內部信息，包括其modifiers（諸如public, static 等等）、superclass（例如Object）、實現之interfaces（例如Serializable），也包括fields和methods的所有信息，並可於運行時改變fields內容或調用methods。
一般而言，開發者社羣說到動態語言，大致認同的一個定義是：“程序運行時，允許改變程序結構或變量類型，這種語言稱爲動態語言”。從這個觀點看，Perl，Python，Ruby是動態語言，C++，Java，C#不是動態語言。
儘管在這樣的定義與分類下Java不是動態語言，它卻有着一個非常突出的動態相關機制：Reflection。這個字的意思是“反射、映象、倒影”，用在Java身上指的是我們可以於運行時加載、探知、使用編譯期間完全未知的classes。換句話說，Java程序可以加載一個運行時才得知名稱的class，獲悉其完整構造（但不包括methods定義），並生成其對象實體、或對其fields設值、或喚起其methods。這種“看透class”的能力（the ability of the program to examine itself）被稱爲introspection（內省、內觀、反省）。Reflection和introspection是常被並提的兩個術語。
在JDK中，主要由以下類來實現Java反射機制，這些類都位於java.lang.reflect包中：
Class類：代表一個類。
Field 類：代表類的成員變量（成員變量也稱爲類的屬性）。
Method類：代表類的方法。
Constructor 類：代表類的構造方法。
Array類：提供了動態創建數組，以及訪問數組的元素的靜態方法。
下面給出幾個例子看看Reflection API的實際運用：
一、通過Class類獲取成員變量、成員方法、接口、超類、構造方法等
在java.lang.Object 類中定義了getClass()方法，因此對於任意一個Java對象，都可以通過此方法獲得對象的類型。Class類是Reflection API 中的核心類，它有以下方法
getName()：獲得類的完整名字。
getFields()：獲得類的public類型的屬性。
getDeclaredFields()：獲得類的所有屬性。
getMethods()：獲得類的public類型的方法。
getDeclaredMethods()：獲得類的所有方法。
getMethod(String name, Class[] parameterTypes)：獲得類的特定方法，name參數指定方法的名字，parameterTypes 參數指定方法的參數類型。
getConstructors()：獲得類的public類型的構造方法。
getConstructor(Class[] parameterTypes)：獲得類的特定構造方法，parameterTypes 參數指定構造方法的參數類型。
newInstance()：通過類的不帶參數的構造方法創建這個類的一個對象。
下面給出一個綜合運用的例子：
public class RefConstructor {
public static void main(String args[]) throws Exception {
RefConstructor ref = new RefConstructor();
ref.getConstructor();
}
public void getConstructor() throws Exception {
Class c = null;
c = Class.forName("java.lang.Long");
Class cs[] = {java.lang.String.class};
System.out.println("\n-------------------------------\n");
Constructor cst1 = c.getConstructor(cs);
System.out.println("1、通過參數獲取指定Class對象的構造方法：");
System.out.println(cst1.toString());
Constructor cst2 = c.getDeclaredConstructor(cs);
System.out.println("2、通過參數獲取指定Class對象所表示的類或接口的構造方法：");
System.out.println(cst2.toString());
Constructor cst3 = c.getEnclosingConstructor();
System.out.println("3、獲取本地或匿名類Constructor 對象，它表示基礎類的立即封閉構造方法。");
if (cst3 != null) System.out.println(cst3.toString());
else System.out.println("-- 沒有獲取到任何構造方法！");
Constructor[] csts = c.getConstructors();
System.out.println("4、獲取指定Class對象的所有構造方法：");
for (int i = 0; i < csts.length; i++) {
System.out.println(csts[i].toString());
}
System.out.println("\n-------------------------------\n");
Type types1[] = c.getGenericInterfaces();
System.out.println("1、返回直接實現的接口：");
for (int i = 0; i < types1.length; i++) {
System.out.println(types1[i].toString());
}
Type type1 = c.getGenericSuperclass();
System.out.println("2、返回直接超類：");
System.out.println(type1.toString());
Class[] cis = c.getClasses();
System.out.println("3、返回超類和所有實現的接口：");
for (int i = 0; i < cis.length; i++) {
System.out.println(cis[i].toString());
}
Class cs1[] = c.getInterfaces();
System.out.println("4、實現的接口");
for (int i = 0; i < cs1.length; i++) {
System.out.println(cs1[i].toString());
}
System.out.println("\n-------------------------------\n");
Field fs1[] = c.getFields();
System.out.println("1、類或接口的所有可訪問公共字段：");
for (int i = 0; i < fs1.length; i++) {
System.out.println(fs1[i].toString());
}
Field f1 = c.getField("MIN_VALUE");
System.out.println("2、類或接口的指定已聲明指定公共成員字段：");
System.out.println(f1.toString());
Field fs2[] = c.getDeclaredFields();
System.out.println("3、類或接口所聲明的所有字段：");
for (int i = 0; i < fs2.length; i++) {
System.out.println(fs2[i].toString());
}
Field f2 = c.getDeclaredField("serialVersionUID");
System.out.println("4、類或接口的指定已聲明指定字段：");
System.out.println(f2.toString());
System.out.println("\n-------------------------------\n");
Method m1[] = c.getMethods();
System.out.println("1、返回類所有的公共成員方法：");
for (int i = 0; i < m1.length; i++) {
System.out.println(m1[i].toString());
}
Method m2 = c.getMethod("longValue", new Class[]{});
System.out.println("2、返回指定公共成員方法：");
System.out.println(m2.toString());
}
}
輸出結果：輸出結果很長，這裏不再給出。
二、運行時複製對象
例程ReflectTester 類進一步演示了Reflection API的基本使用方法。ReflectTester類有一個copy(Object object)方法，這個方法能夠創建一個和參數object 同樣類型的對象，然後把object對象中的所有屬性拷貝到新建的對象中，並將它返回
這個例子只能複製簡單的JavaBean，假定JavaBean 的每個屬性都有public 類型的getXXX()和setXXX()方法。
public class ReflectTester {
public Object copy(Object object) throws Exception {
// 獲得對象的類型
Class<?> classType = object.getClass();
System.out.println("Class:" + classType.getName());
// 通過默認構造方法創建一個新的對象
Object objectCopy = classType.getConstructor(new Class[]{}).newInstance(new Object[]{});
// 獲得對象的所有屬性
Field fields[] = classType.getDeclaredFields();
for (int i = 0; i < fields.length; i++) {
Field field = fields[i];
String fieldName = field.getName();
String firstLetter = fieldName.substring(0, 1).toUpperCase();
// 獲得和屬性對應的getXXX()方法的名字
String getMethodName = "get" + firstLetter + fieldName.substring(1);
// 獲得和屬性對應的setXXX()方法的名字
String setMethodName = "set" + firstLetter + fieldName.substring(1);
// 獲得和屬性對應的getXXX()方法
Method getMethod = classType.getMethod(getMethodName, new Class[]{});
// 獲得和屬性對應的setXXX()方法
Method setMethod = classType.getMethod(setMethodName, new Class[]{field.getType()});
// 調用原對象的getXXX()方法
Object value = getMethod.invoke(object, new Object[]{});
System.out.println(fieldName + ":" + value);
// 調用拷貝對象的setXXX()方法
setMethod.invoke(objectCopy, new Object[]{value});
}
return objectCopy;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Customer customer = new Customer("Tom", 21);
customer.setId(new Long(1));
Customer customerCopy = (Customer) new ReflectTester().copy(customer);
System.out.println("Copy information:" + customerCopy.getId() + " " + customerCopy.getName() + " "
+ customerCopy.getAge());
}
}
class Customer {
private Long id;
private String name;
private int age;
public Customer() {
}
public Customer(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public Long getId() {
return id;
}
public void setId(Long id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
}
輸出結果：
Class:com.langsin.reflection.Customer
id:1
name:Tom
age:21
Copy information:1 Tom 21
Process finished with exit code 0
解說：
ReflectTester 類的copy(Object object)方法依次執行以下步驟
（1）獲得對象的類型：
Class classType=object.getClass();
System.out.println("Class:"+classType.getName());
（2）通過默認構造方法創建一個新對象：
Object objectCopy=classType.getConstructor(new Class[]{}).newInstance(new Object[]{});
以上代碼先調用Class類的getConstructor()方法獲得一個Constructor 對象，它代表默認的構造方法，然後調用Constructor對象的newInstance()方法構造一個實例。
3）獲得對象的所有屬性：
Field fields[]=classType.getDeclaredFields();
Class 類的getDeclaredFields()方法返回類的所有屬性，包括public、protected、默認和private訪問級別的屬性
（4）獲得每個屬性相應的getXXX()和setXXX()方法，然後執行這些方法，把原來對象的屬性拷貝到新的對象中
三、用反射機制調用對象的方法
public class InvokeTester {
public int add(int param1, int param2) {
return param1 + param2;
}
public String echo(String msg) {
return "echo: " + msg;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> classType = InvokeTester.class;
Object invokeTester = classType.newInstance();
// Object invokeTester = classType.getConstructor(new
// Class[]{}).newInstance(new Object[]{});
//獲取InvokeTester類的add()方法
Method addMethod = classType.getMethod("add", new Class[]{int.class, int.class});
//調用invokeTester對象上的add()方法
Object result = addMethod.invoke(invokeTester, new Object[]{new Integer(100), new Integer(200)});
System.out.println((Integer) result);
//獲取InvokeTester類的echo()方法
Method echoMethod = classType.getMethod("echo", new Class[]{String.class});
//調用invokeTester對象的echo()方法
result = echoMethod.invoke(invokeTester, new Object[]{"Hello"});
System.out.println((String) result);
}
}
在例程InvokeTester類的main()方法中，運用反射機制調用一個InvokeTester對象的add()和echo()方法
add()方法的兩個參數爲int 類型，獲得表示add()方法的Method對象的代碼如下：
Method addMethod=classType.getMethod("add",new Class[]{int.class,int.class});
Method類的invoke(Object obj,Object args[])方法接收的參數必須爲對象，如果參數爲基本類型數據，必須轉換爲相應的包裝類型的對象。invoke()方法的返回值總是對象，如果實際被調用的方法的返回類型是基本類型數據，那麼invoke()方法會把它轉換爲相應的包裝類型的對象，再將其返回。
在本例中，儘管InvokeTester 類的add()方法的兩個參數以及返回值都是int類型，調用add Method 對象的invoke()方法時，只能傳遞Integer 類型的參數，並且invoke()方法的返回類型也是Integer 類型，Integer 類是int 基本類型的包裝類：
Object result=addMethod.invoke(invokeTester,
new Object[]{new Integer(100),new Integer(200)});
System.out.println((Integer)result); //result 爲Integer類型
四、動態創建和訪問數組
java.lang.Array 類提供了動態創建和訪問數組元素的各種靜態方法。
例程ArrayTester1 類的main()方法創建了一個長度爲10 的字符串數組，接着把索引位置爲5 的元素設爲“hello”，然後再讀取索引位置爲5 的元素的值
public class ArrayTester1 {
public static void main(String args[]) throws Exception {
Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String");
// 創建一個長度爲10的字符串數組
Object array = Array.newInstance(classType, 10);
// 把索引位置爲5的元素設爲"hello"
Array.set(array, 5, "hello");
// 獲得索引位置爲5的元素的值
String s = (String) Array.get(array, 5);
System.out.println(s);
}
}
例程ArrayTester2 類的main()方法創建了一個 5 x 10 x 15 的整型數組，並把索引位置爲[3][5][10] 的元素的值爲設37。
public class ArrayTester2 {
public static void main(String args[]) {
int[] dims = new int[]{5, 10, 15};
//創建一個具有指定的組件類型和維度的新數組。
Object array = Array.newInstance(Integer.TYPE, dims);
Object arrayObj = Array.get(array, 3);
Class<?> cls = arrayObj.getClass().getComponentType();
System.out.println(cls);
arrayObj = Array.get(arrayObj, 5);
Array.setInt(arrayObj, 10, 37);
int arrayCast[][][] = (int[][][]) array;
System.out.println(arrayCast[3][5][10]);
}
}
深入認識Class類
衆所周知Java有個Object類，是所有Java類的繼承根源，其內聲明瞭數個應該在所有Java類中被改寫的方法：hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中getClass()返回一個Class類的對象。
Class類十分特殊。它和一般classes一樣繼承自Object，其實體用以表達Java程序運行時的classes和interfaces，也用來表達enum、array、primitive Java types
（boolean, byte, char, short, int, long, float, double）以及關鍵詞void。當一個class被加載，或當加載器（class loader）的defineClass()被JVM調用，JVM 便自動產生一個Class object。如果您想借由“修改Java標準庫源碼”來觀察Class object的實際生成時機（例如在Class的constructor內添加一個println()），不能夠！因爲Class並沒有public constructor
Class是Reflection起源。針對任何您想探勘的class，唯有先爲它產生一個Class object，接下來才能經由後者喚起爲數十多個的Reflection APIs
Java允許我們從多種途徑爲一個class生成對應的Class對象。參看本人的《 深入研究java.long.Class類 》一文。
欲生成對象實體，在Reflection 動態機制中有兩種作法，一個針對“無自變量ctor”，一個針對“帶參數ctor”。如果欲調用的是“帶參數ctor“就比較麻煩些，不再調用Class的newInstance()，而是調用Constructor 的newInstance()。首先準備一個Class[]做爲ctor的參數類型（本例指定
爲一個double和一個int），然後以此爲自變量調用getConstructor()，獲得一個專屬ctor。接下來再準備一個Object[] 做爲ctor實參值（本例指定3.14159和125），調用上述專屬ctor的newInstance()。
動態生成“Class object 所對應之class”的對象實體；無自變量。
這個動作和上述調用“帶參數之ctor”相當類似。首先準備一個Class[]做爲參數類型（本例指定其中一個是String，另一個是Hashtable），然後以此爲自變量調用getMethod()，獲得特定的Method object。接下來準備一個Object[]放置自變量，然後調用上述所得之特定Method object的invoke()。
爲什麼獲得Method object時不需指定回返類型？
因爲method overloading機制要求signature必須唯一，而回返類型並非signature的一個成份。換句話說，只要指定了method名稱和參數列，就一定指出了一個獨一無二的method。
四、運行時變更field內容
與先前兩個動作相比，“變更field內容”輕鬆多了，因爲它不需要參數和自變量。首先調用Class的getField()並指定field名稱。獲得特定的Field object之後便可直接調用Field的get()和set()。
public class RefFiled {
public double x;
public Double y;
public static void main(String args[]) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Class c = RefFiled.class;
Field xf = c.getField("x");
Field yf = c.getField("y");
RefFiled obj = new RefFiled();
System.out.println("變更前x=" + xf.get(obj));
//變更成員x值
xf.set(obj, 1.1);
System.out.println("變更後x=" + xf.get(obj));
System.out.println("變更前y=" + yf.get(obj));
//變更成員y值
yf.set(obj, 2.1);
System.out.println("變更後y=" + yf.get(obj));
}
}
運行結果：
變更前x=0.0
變更後x=1.1
變更前y=null
變更後y=2.1
Process finished with exit code 0
參考資料：
此例的部分文字解說和源碼來自浪曦論壇 http：//bbs.langsin.com。
think in java
Java核心技術
聲明：本文是在參考了大量資料基礎上，摸索運用，總結的基礎上完成的。
由於每次書寫間隔非常長，參考的資料不能一一寫出來，如有侵權，本人將在第一時間刪除侵權的內容。
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特別說明：
Java的反射其實內容遠遠不至這些，這裏看到僅僅是冰山一腳，如果你想要更加深入學習和研究Java的反射機制，你可以參考《Java Reflection in Action》一書，網上有免費下載的。