Java的反射机制

简介: Java 的反射机制允许在程序运行期间,借助反射 API 获取类的内部信息,并能直接操作对象的内部属性及方法。

介绍反射机制

Java 的反射机制允许在程序运行期间,借助反射 API 获取类的内部信息,并能直接操作对象的内部属性及方法。


Java 反射机制提供的功能:

  • 在运行时,使用反射分析类的能力,获取有关类的一切信息(类所在的包、类实现的接口、标注的注解、类的数据域、类的构造器、类的方法等)
  • 在运行时,使用反射分析对象,设置实例域的值,查看实例域的值。
  • 反射机制允许你调用任意方法(类的构造器方法、类的成员方法 等)

反射是一种功能强大且复杂的机制。使用反射机制的主要人员是工具构造者,而不是应用程序员。

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。保存这些信息的类被称为 Class。Object 类中的 getClass() 方法将会返回一个 Class 类型的实例。

如同用一个 Employee 对象表示一个特定的雇员属性一样,一个 Class 对象将表示一个特定类的属性。

虚拟机为每个类型管理一个 Class 对象。因此,可以利用 == 运算符实现两个 Class 对象比较的操作。

// 获得 Class 对象的多种方式:
public static void main(String[] args) {
    // 方式 1
    // 如果 T 是任意的 Java 类型 (或 void 关键字), T.class 将代表匹配的 Class 对象。
    Class<Person> clazz1 = Person.class;

    // 方式 2
    Person person = new Person();
    Class clazz2 = person.getClass();

    // 方式 3
    try {
        Class clazz3 = Class.forName("类的路径");
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }

    // 方式4
    // 获取到 ClassLoader(这里获取到的是:AppClassLoader)
    ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
    try {
        Class clazz4 = classLoader.loadClass("类的路径");
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

还有一个很有用的方法:Class 类的 newlnstance(),可以用这个方法来动态地创建一个类的实例。newlnstance() 方法调用默认的构造器(没有参数的构造器)初始化新创建的对象。如果这个类没有默认的构造器,就会抛出一个 InstantiationException 异常。

将 Class 类的 forName() 方法与 Class 类的 newlnstance() 方法配合起来使用,可以根据存储在字符串中的类名创建一个对象。

public static void main(String[] args) throws Exception {
    String className = "java.util.Random";
    Object object = Class.forName(className).newInstance();
}

如果需要以这种方式向希望按名称创建的类的构造器提供参数,就不要使用上面那条语句,而必须使用 Constructor 类中的 newlnstance() 方法。

分析类的能力

在运行时,使用反射分析类的能力。

下面简要地介绍一下反射机制最重要的内容:检查类的结构。在 java.lang.reflect 包中有三个类 Field、Method 和 Constructor 分别用于描述类的数据域、类的方法和类的构造器。


这三个类都有一个叫做 getName() 的方法,用来返回项目的名称。

Field 类有一个 getType() 方法,用来返回描述数据域所属类型的 Class 对象。

Method 类和 Constructor 类有能够报告参数类型的方法,Method 类还有一个可以报告返回类型的方法。

这三个类还有一个叫做 getModifiers() 的方法,它将返回一个整型数值,用不同的位开关描述 public 和 static 这样的修饰符使用状况。另外, 还可以利用 java.lang.reflect 包中的 Modifier 类的静态方法分析 getModifiers() 返回的整型数值。例如,可以使用 Modifier 类中的 isPublic()、isPrivate() 或 isFinal() 判断方法或构造器是否是 public、private 或 final 的。我们需要做的全部工作就是调用 Modifier 类的相应方法,并对返回的整型数值进行分析,另外,还可以利用 Modifier.toString() 方法将修饰符打印出来。


Class 类的 getFields()、getMethods() 和 getConstructors() 方法将分别返回类中声明的 public 域、public 方法和 public 构造器数组,其中包括父类的公有成员。

Class 类的 getDeclareFields()、getDeclareMethods() 和 getDeclaredConstructors() 方法将分别返回类中声明的全部的数据域、全部的方法和全部的构造器,其中包括私有和受保护成员,但不包括父类的成员。

分析对象

在运行时,使用反射分析对象。

从前面一节中,已经知道如何查看任意对象的数据域的名称和类型:

  • 获得对应的 Class 对象。
  • 调用 Class 对象的 getDeclaredFields() 方法。

本节将进一步查看数据域的实际内容。当然,在编写程序时,如果知道想要査看的数据域的名称和类型,查看指定的数据域是一件很容易的事情。而利用反射机制可以查看在编译时还不清楚的数据域。

查看数据域值的关键方法是 Field 类中的 get() 方法。如果 f 是一个 Field 类型的对象(例如,通过 getDeclaredFields() 得到的对象),obj 是某个包含 f 域的类的对象,f.get(obj) 将返回一个对象,其值为 obj 对象的 f 域的当前值。

当然,可以获得就可以设置。调用 f.set(obj, value) 可以将 obj 对象的 f 域设置成新值。


public static void main(String[] args) {
    Employee harry = new Employee("Harry Hacker", 35000, 10, 1, 1989);
    Class cl = harry.getClass();
    
    // the class object representing Employee
    Field f = cl.getDeclaredField("name");
    // the name field of the Employee class
    Object v = f.get(harry);
    // the value of the name field of the harry object, i .e., the String object "Harry Hacker"
}

实际上,上面这段代码存在一个问题。由于 name 是一个私有域,所以 get() 方法将会抛出一个 illegalAccessException。只有利用 get() 方法才能得到可访问域的值。除非拥有访问权限,否则 Java 安全机制只允许査看任意对象有哪些域,而不允许读取它们的值。

反射机制的默认行为受限于 Java 的访问控制。然而,如果一个 Java 程序没有受到安全管理器的控制,就可以覆盖访问控制。为了达到这个目的,需要调用 Field、Method 或 Constructor 对象的 setAccessible() 方法。例如:

f.setAtcessible(true); // now OK to call f.get(harry);

setAccessible() 方法是 AccessibleObject 类中的一个方法,AccessibleObject 类是 Field、Method 和 Constructor 类的公共父类。这个特性是为调试、持久存储和相似机制提供的。

调用任意方法

在 C 和 C++ 中,可以从函数指针执行任意函数。从表面上看,Java 没有提供方法指针,即将一个方法的存储地址传给另外一个方法,以便第二个方法能够随后调用它。事实上,Java 的设计者曾说过:方法指针是很危险的,并且常常会带来隐患。他们认为 Java 提供的接口(interface)是一种更好的解决方案。然而,反射机制允许你调用任意方法。

为了能够看到方法指针的工作过程,先回忆一下利用 Field 类的 get() 方法查看数据域值的过程。与之类似,在 Method 类中有一个 invoke() 方法,它允许调用包装在当前 Method 对象中的方法。


可以使用 method 对象实现 C 语言中函数指针(或 C# 中的委派)的所有操作。同 C 一样,这种程序设计风格并不太简便,出错的可能性也比较大。如果在调用方法的时候提供了一个错误的参数,那么 invoke() 方法将会抛出一个异常。

另外, invoke() 方法的参数和返回值必须是 Object 类型的。这就意味着必须进行多次的类型转换。这样做将会使编译器错过检查代码的机会。因此,等到测试阶段才会发现这些错误,找到并改正它们将会更加困难。

在进行类型转换的过程中,编译器无法检查代码中类型转换的正确性,也就是无法保证转换后的类型与原始类型是兼容的。这样就会增加程序出错的可能性,并且如果出现错误的话,调试和修正也会更加困难。

不仅如此,使用反射获得方法指针的代码执行要比直接调用方法明显慢一些。

有鉴于此,建议仅在必要的时候才使用 Method 对象,而最好使用接口以及 Java8 中的 lambda 表达式。

特别要重申:建议 Java 开发者不要使用 Method 对象的回调功能。使用接口进行回调会使得代码的执行速度更快,更易于维护。

参考资料

《Java核心技术卷一:基础知识》(第10版)第 5 章:继承 5.7 反射

相关文章
|
3天前
|
监控 Java 应用服务中间件
高级java面试---spring.factories文件的解析源码API机制
【11月更文挑战第20天】Spring Boot是一个用于快速构建基于Spring框架的应用程序的开源框架。它通过自动配置、起步依赖和内嵌服务器等特性,极大地简化了Spring应用的开发和部署过程。本文将深入探讨Spring Boot的背景历史、业务场景、功能点以及底层原理,并通过Java代码手写模拟Spring Boot的启动过程,特别是spring.factories文件的解析源码API机制。
15 2
|
7天前
|
Java 编译器
探索Java中的异常处理机制
【10月更文挑战第35天】在Java的世界中,异常是程序运行过程中不可避免的一部分。本文将通过通俗易懂的语言和生动的比喻,带你了解Java中的异常处理机制,包括异常的类型、如何捕获和处理异常,以及如何在代码中有效地利用异常处理来提升程序的健壮性。让我们一起走进Java的异常世界,学习如何优雅地面对和解决问题吧!
|
18天前
|
XML 安全 Java
Java反射机制:解锁代码的无限可能
Java 反射(Reflection)是Java 的特征之一,它允许程序在运行时动态地访问和操作类的信息,包括类的属性、方法和构造函数。 反射机制能够使程序具备更大的灵活性和扩展性
32 5
Java反射机制:解锁代码的无限可能
|
6天前
|
Java 数据库连接 开发者
Java中的异常处理机制及其最佳实践####
在本文中,我们将探讨Java编程语言中的异常处理机制。通过深入分析try-catch语句、throws关键字以及自定义异常的创建与使用,我们旨在揭示如何有效地管理和响应程序运行中的错误和异常情况。此外,本文还将讨论一些最佳实践,以帮助开发者编写更加健壮和易于维护的代码。 ####
|
12天前
|
安全 IDE Java
Java反射Reflect机制详解
Java反射(Reflection)机制是Java语言的重要特性之一,允许程序在运行时动态地获取类的信息,并对类进行操作,如创建实例、调用方法、访问字段等。反射机制极大地提高了Java程序的灵活性和动态性,但也带来了性能和安全方面的挑战。本文将详细介绍Java反射机制的基本概念、常用操作、应用场景以及其优缺点。 ## 基本概念 ### 什么是反射 反射是一种在程序运行时动态获取类的信息,并对类进行操作的机制。通过反射,程序可以在运行时获得类的字段、方法、构造函数等信息,并可以动态调用方法、创建实例和访问字段。 ### 反射的核心类 Java反射机制主要由以下几个类和接口组成,这些类
30 2
|
17天前
|
存储 缓存 安全
🌟Java零基础:深入解析Java序列化机制
【10月更文挑战第20天】本文收录于「滚雪球学Java」专栏,专业攻坚指数级提升,希望能够助你一臂之力,帮你早日登顶实现财富自由🚀;同时,欢迎大家关注&&收藏&&订阅!持续更新中,up!up!up!!
22 3
|
17天前
|
安全 Java UED
深入理解Java中的异常处理机制
【10月更文挑战第25天】在编程世界中,错误和意外是不可避免的。Java作为一种广泛使用的编程语言,其异常处理机制是确保程序健壮性和可靠性的关键。本文通过浅显易懂的语言和实际示例,引导读者了解Java异常处理的基本概念、分类以及如何有效地使用try-catch-finally语句来处理异常情况。我们将从一个简单的例子开始,逐步深入到异常处理的最佳实践,旨在帮助初学者和有经验的开发者更好地掌握这一重要技能。
19 2
|
19天前
|
Java 数据库连接 开发者
Java中的异常处理机制####
本文深入探讨了Java语言中异常处理的核心概念,通过实例解析了try-catch语句的工作原理,并讨论了finally块和throws关键字的使用场景。我们将了解如何在Java程序中有效地管理错误,提高代码的健壮性和可维护性。 ####
|
20天前
|
Java
Java中的反射机制与应用实例
【10月更文挑战第22天】Java作为一门面向对象的编程语言,提供了丰富的特性来支持对象的创建、操作和交互。其中,反射机制是Java的一项核心特性,它允许程序在运行时动态地获取类的信息、创建对象、调用方法、访问属性等。本文将从三个部分探讨Java中的反射机制及其应用实例:一是反射机制的基本概念和原理;二是反射机制在Java中的应用场景;三是通过实例深入理解反射机制的使用方法和技巧。
17 4
|
22天前
|
安全 Java 程序员
深入浅出Java中的异常处理机制
【10月更文挑战第20天】本文将带你一探Java的异常处理世界,通过浅显易懂的语言和生动的比喻,让你在轻松阅读中掌握Java异常处理的核心概念。我们将一起学习如何优雅地处理代码中不可预见的错误,确保程序的健壮性和稳定性。准备好了吗?让我们一起踏上这段旅程吧!
24 6