Java核心技术点之反射

1. 概述

Java 反射是可以让我们在运行时获取类的方法、属性、父类、接口等类的内部信息的机制。也就是说，反射本质上是一个“反着来”的过程。我们通过new创建一个类的实例时，实际上是由Java虚拟机根据这个类的Class对象在运行时构建出来的，而反射是通过一个类的Class对象来获取它的定义信息，从而我们可以访问到它的属性、方法，知道这个类的父类、实现了哪些接口等信息。

2. Class类

我们知道使用javac能够将.java文件编译为.class文件，这个.class文件包含了我们对类的原始定义信息（父类、接口、构造器、属性、方法等）。.class文件在运行时会被ClassLoader加载到Java虚拟机（JVM）中，当一个.class文件被加载后，JVM会为之生成一个Class对象，我们在程序中通过new实例化的对象实际上是在运行时根据相应的Class对象构造出来的。确切的说，这个Class对象实际上是java.lang.Class<T>泛型类的一个实例，比如Class<MyClass>对象即为一个封装了MyClass类的定义信息的Class<T>实例。由于java.lang.Class<T>类不存在公有构造器，因此我们不能直接实例化这个类，我们可以通过以下方法获取一个Class对象。

在下面的讲解中，我们将以People类和Student类为例：

 1 public class People {
 2     private String name;
 3     private int age;
 4
 5     public People(String name, int age) {
 6         this.name = name;
 7         this.age = age;
 8     }
 9
10     public int getAge() {
11         return age;
12     }
13
14     public String getName() {
15         return name;
16     }
17
18     public void setAge(int age) {
19         this.age = age;
20     }
21
22     public void setName(String name) {
23         this.name = name;
24     }
25
26     public void speak() {
27         System.out.println(getName() + " " + getAge());
28     }
29 }

 public class Student extends People {
     private int grade;

     public Student(String name, int age) {
         super(name, age);
     }

     public Student(String name, int age, int grade) {
         super(name, age);
         this.grade = grade;
     }

     public int getGrade() {
         return grade;
     }

     public void setGrade(int grade) {
         this.grade = grade;
     }

     private void learn(String course) {
         System.out.println(name + " learn " + course);
     }
  } 

（1） 通过类名获取Class对象：

若在编译期知道一个类的名字，我们可以这样获取它的Class对象：

 Class<People> peopleClass = People.class;

还有一种根据类的完整路径名获取Class对象的方法如下所示：

 Class<People> peopleClass = Class.forName("com.test.People"); //假设People类在com.test包中

注意，Class.forName()方法的参数必须是一个类的全路径名。实际上，只要我们“import com.test.People"，就可以直接通过”People.class"获取他的Class对象，而不用写出全路径这么麻烦。
  （若在调用 Class.forName()方法时，没有在classpath找到对应的类，会抛出 ClassNotFoundException。）

（2） 通过对象本身获取其Class对象：

 People people = new People("Bill"， 18);
 Class<People> peopleClass = people.getClass();

3. 通过反射获取类的构造器

一旦我们获得了People的Class 对象，我们便可以通过这个Class 对象获取到People类的原始定义信息。 首先，我们来获取People类的构造器对象，有了这个构造器对象，我们便能够构造出一个People对象出来。比如，我们可以在Student.java中添加以下代码：

 public static void main(String[] args) {
         Class<People> pClass = People.class;
         System.out.println(pClass);
         try {
             Constructor<People> constructor = pClass.getConstructor(String.class, int.class);
             People people = constructor.newInstance("Bill", 18);
             obj.speak();
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
 }

在第4行，我们调用getConstructor方法来获取一个People类的构造器对象，由于我们想要获取的构造器的形参类型为String和int，所以我们传入String.class和int.class。有了构造器对象，我们便可以调用newInstance方法来创建一个people对象，如上面代码的第6行所示。

注意，当通过反射获取到类的 Constructor、Method、Field对象后，在调用这些对象的方法之前，先将此对象的 accessible 标志设置为 true，以取消 Java 语言访问检查，可以提升反射速度。如以下代码所示：

 Constructor<People> constructor = peopleClass.getConstructor(String.class， int.class);
 // 设置 constructor 的 Accessible属性为ture以取消Java的访问检查
 constructor.setAccessible(true);

4. 通过反射获取类中定义的方法

（1） 获取当前类中定义的方法（不包括从父类继承来的）

要获取当前类中定义的所有方法可以通过 Class 中的 getDeclaredMethods 函数，它会获取到当前类中定义的所有方法（包括private、public、static等各种方法），它会返回一个Method对象数组，其中的每个Method对象即表示了一个类中定义的方法。要想获得指定的方法，可以调用getDeclaredMethod(String name, Class...<T> parameterTypes)。如以下代码所示 :

 private static void showDeclaredMethods() {
         Student student = new Student("Bill", 18);
         Method[] methods = student.getClass().getDeclaredMethods();
         for (Method method : methods) {
             System.out.println("declared method name : " + method.getName());
         }

         try {
             //获取learnMethod对象（封装了learn方法）
             Method learnMethod = student.getClass().getDeclaredMethod("learn", String.class);
             //获取learn方法的参数列表并打印出来
             Class<?>[] paramClasses = learnMethod.getParameterTypes() ;
             for (Class<?> class : paramClasses) {
                 System.out.println("learn方法的参数: " + class.getName());
             }
             //判断learn方法是否为private
             System.out.println(learnMethod.getName() + " is private "
                     + Modifier.isPrivate(learnMethod.getModifiers()));
             learnMethod.invoke(student, "Java Reflection");
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }

第12行，通过调用Method对象的getParameterTypes方法来获取一个方法的形参的类型列表，这个方法会返回一个Class<T>数组。比如由于learn方法只有一个String类型的参数，所以调用此方法会返回一个只包含String.class一个元素的Class<T>数组。（由于返回的Class对象分别对应了不同类型，所以我们在上面的代码中用了Class<?>。）

第14行，我们调用了Class对象的getName方法，这个方法会返回这个Class对象所封装的类的全名（本例中会返回java.lang.String)。

第19行，通过调用Method对象的invoke方法可以调用相应Method对象所封装的方法。

（2） 获取当前类和父类中定义的公有方法

要获取当前类以及父类中的所有 public 方法可以调用getMethods 函数，而要获取某个指定的public方法，可以调用getMethod方法。请看以下代码：

 private static void showMethods() {
         Student student = new Student("mr.simple");
         // 获取所有public方法(包括Student本身的和从父类继承来的）
         Method[] methods = student.getClass().getMethods();
         for (Method method : methods) {
             System.out.println("method name : " + method.getName());
         }
         try {
             //注意，通过 getMethod只能获取public方法，若尝试获取private方法则会抛出异常
             Method learnMethod = student.getClass().getMethod("learn", String.class);

         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }

5. 通过反射获取类中定义的属性

获取属性与获取方法是类似的，只不过 getMethod 函数换成了 getField，getDeclaredMethod 换成了 getDeclaredField 。

（1） 获取当前类中定义的属性（不包括从父类继承来的属性）

要获取当前类中定义的所有属性（包括private、public、static等各种属性）可以调用 Class对象的getDeclaredFields函数；要想获得指定的属性，可以调用getDeclaredField。如以下代码所示

  private static void showDeclaredFields() {
         Student student = new Student("Bill", 18);
         // 获取当前类中定义的所有属性并显示出来
         Field[] fields = student.getClass().getDeclaredFields();
         for (Field field : publicFields) {
             System.out.println("declared field name : " + field.getName());
         }

         try {
             // 获取指定的属性
             Field gradeField = student.getClass().getDeclaredField("grade");
             // 获取属性值
             System.out.println("The grade is : " + gradeField.getInt(student));
             // 设置属性值
             gradeField.set(student, 10);
             System.out.println("The grade is : " + gradeField.getInt(student));
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
 }

（2）获取当前类和父类中定义的public属性

要获取当前类和父类中定义的所有public 属性可以调用Class对象的getFields 函数，而要获取某个指定的public属性，可以调用getField方法，如以下代码所示：

private static void showFields() {
        Student student = new Student("Bill"， 18);
        // 获取当前类和父类的所有public属性并显示
        Field[] publicFields = student.getClass().getFields();
        for (Field field : publicFields) {
            System.out.println("field name : " + field.getName());
        }
}

 

6. 通过反射获取类的父类及类所实现的接口

（1）获取父类

调用Class对象的getSuperClass方法即可，如以下代码所示：

 Student student = new Student("Bill", 18);
 Class<?> superClass = student.getClass().getSuperclass();
 System.out.println("Student's super class is : " + superClass.getName());

(2) 获取接口

要知道一个类实现了哪些接口，只需调用Class对象的getInterfaces方法，如以下代码所示：

 private static void showInterfaces() {
         Student student = new Student("Bill", 19);
         Class<?>[] interfaces = student.getClass().getInterfaces();
         for (Class<?> interface : interfaces) {
                 System.out.println("Implements interface: " + interface.getName());
         }
 }

由于Student类未显式实现任何接口，所以以上代码什么也不会输出。

7. 参考资料

公共技术点之Java反射