Reflection
是Java被视为动态(或准动态)语言的一个关键性质。这个机制允许程序在运行时透过Reflection
APIs取得任何一个已知名称的class的内部信息,包括其modifiers(诸如public, static
等等)、superclass(例如Object)、实现之interfaces(例如Cloneable),也包括fields和methods的所有
信息,并可于运行时改变fields内容或唤起methods。本文借由实例,大面积示范Reflection APIs。
关于本文:
读者基础:具备Java 语言基础。
本文适用工具:JDK1.5
关键词:
Introspection(内省、内观)
Reflection(反射)
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(dynamic
binding)、动态链接(dynamic linking)、动态加载(dynamic
loading)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(the ability of the program to examine
itself)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Reflection
APIs,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Object class,是所有Java
classes的继承根源,其内声明了数个应该在所有Java
class中被改写的methods:hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中
getClass()返回一个Class object。
Class
class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、primitive Java types(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(class
loader)的defineClass()被JVM调用,JVM 便自动产生一个Class
object。如果您想借由“修改Java标准库源码”来观察Class
object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public
constructor(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Class object,接下来才能经由后者唤起为数十多个的Reflection APIs。这些APIs将在稍后的探险活动中一一亮相。
#001 public final
#002 class Class<T> implements java.io.Serializable,
#003 java.lang.reflect.GenericDeclaration,
#004 java.lang.reflect.Type,
#005 java.lang.reflect.AnnotatedElement {
#006 private Class() {}
#007 public String toString() {
#008 return ( isInterface() ? "interface " :
#009 (isPrimitive() ? "" : "class "))
#010 + getName();
#011 }
...
图1:Class class片段。注意它的private empty ctor,意指不允许任何人经由编程方式产生Class object。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Class object。图2是一份整理。
Class object 诞生管道
示例
运用getClass()
注:每个class 都有此函数
String str = "abc";
Class c1 = str.getClass();
运用
Class.getSuperclass()2
Button b = new Button();
Class c1 = b.getClass();
Class c2 = c1.getSuperclass();
运用static method
Class.forName()
(最常被使用)
Class c1 = Class.forName ("java.lang.String");
Class c2 = Class.forName ("java.awt.Button");
Class c3 = Class.forName ("java.util.LinkedList$Entry");
Class c4 = Class.forName ("I");
Class c5 = Class.forName ("[I");
运用
.class 语法
Class c1 = String.class;
Class c2 = java.awt.Button.class;
Class c3 = Main.InnerClass.class;
Class c4 = int.class;
Class c5 = int[].class;
运用
primitive wrapper classes
的TYPE 语法
Class c1 = Boolean.TYPE;
Class c2 = Byte.TYPE;
Class c3 = Character.TYPE;
Class c4 = Short.TYPE;
Class c5 = Integer.TYPE;
Class c6 = Long.TYPE;
Class c7 = Float.TYPE;
Class c8 = Double.TYPE;
Class c9 = Void.TYPE;
图2:Java 允许多种管道生成Class object。
Class
”
object
的取得途径
允许我们从多种管道为一个
class
生成对应的
Class
object
。
图
2
是一份整理。
Class object
诞生管道 |
示例
|
运用
getClass() 注:每个
class 都有此函数 |
String str = "abc";
Class c1 = str.getClass();
|
运用
Class.getSuperclass()
2 |
Button b = new Button();
Class c1 = b.getClass();
Class c2 = c1.getSuperclass();
|
运用
static method Class.forName()
(最常被使用)
|
Class c1 = Class.forName ("java.lang.String");
Class c2 = Class.forName ("java.awt.Button");
Class c3 = Class.forName ("java.util.LinkedList$Entry");
Class c4 = Class.forName ("I");
Class c5 = Class.forName ("[I");
|
运用
.class
语法 |
Class c1 = String.class;
Class c2 = java.awt.Button.class;
Class c3 = Main.InnerClass.class;
Class c4 = int.class;
Class c5 = int[].class;
|
运用
primitive wrapper classes
的
TYPE 语法 |
Class c1 = Boolean.TYPE;
Class c2 = Byte.TYPE;
Class c3 = Character.TYPE;
Class c4 = Short.TYPE;
Class c5 = Integer.TYPE;
Class c6 = Long.TYPE;
Class c7 = Float.TYPE;
Class c8 = Double.TYPE;
Class c9 = Void.TYPE;
|
2
:
Java
允许多种管道生成
Class object
。
组成分析
图
3
的
java.util.LinkedList
为例,将
Java class
的定义大卸八块,每一块分别对应
图
4
所示的
Reflection API
。
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。
LinkedList
<
E
> //(3)(4)(5)
AbstractSequentialList
<E> //(6)
List
<E>,
Queue
<E>,
Entry
<E> {
…
}//(8)
LinkedList
() {
…
} //(9)
LinkedList
(Collection<? extends E> c) {
…
}
getFirst
() {
…
} //(10)
getLast
() {
…
}
header
=
…
; //(11)
size
= 0;
3
:将一个
Java class
大卸八块,每块相应于一个或一组
Reflection APIs
(图
4
)。
各成份所对应的
Reflection APIs
3
的各个
Java class
成份,分别对应于
图
4
的
Reflection API
,其中出现的
Package
、
Method
、
Constructor
、Field
等等
classes
,都定义于
java.lang.reflect
。
Java class
内部模块(参见 图 3 ) |
Java class
内部模块说明 |
相应之
Reflection API ,多半为 Class methods 。 |
返回值类型
(return type) |
(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 |
int getModifiers()
Modifier.toString(int)
Modifier.isInterface(int)
|
int
String
bool
|
(4) class name or interface name
|
class/interface
|
名称
getName() |
String
|
(5) type parameters
|
参数化类型的名称
|
getTypeParameters()
|
TypeVariable <Class>[]
|
(6) base class
|
base class
(只可能一个) |
getSuperClass()
|
Class
|
(7) implemented interfaces
|
实现有哪些
interfaces |
getInterfaces()
|
Class[]
|
(8) inner classes
|
内部
classes |
getDeclaredClasses()
|
Class[]
|
(8') outer class
|
如果我们观察的
class 本身是 inner classes ,那么相对它就会有个 outer class 。 |
getDeclaringClass()
|
Class
|
(9) constructors
|
构造函数
getDeclaredConstructors() |
不论
public 或 private 或其它 access level ,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 access level ,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 access level ,皆可获得。另有功能近似之取得函数。 |
Field[]
|
4
:
Java class
大卸八块后(如图
3
),每一块所对应的
Reflection API
。本表并非
的全部。
运用示例
5
示范
图
4
提过的每一个
Reflection API
,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
“
Java class
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)。
Class
c = null;
Class.forName
(args[0]);
Package
p;
getPackage
();
getName
()+";");
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。
getDeclaredFields
();
getDeclaredConstructors
();
getDeclaredMethods
();
不必记录自己(不需
import
自己)
5-2
:找出导入的
classes
,动作细节详见内文说明。
getModifiers
();
Modifier.toString
(mod)); //
整个
modifier
Modifier.isInterface
(mod))
关键词
"interface"
已含于
modifier
关键词
"class"
getName
(), null)); //
class
名称
5-3
:找出
class
或
interface
的名称,及其属性(
modifiers