java反射超詳細講解

Java反射超詳解✌

1.反射基礎

Java反射機制是在程序的運行過程中,對於任何一個類,都能夠知道它的所有屬性和方法;對於任意一個對象,都能夠知道它的任意屬性和方法,這種動態獲取信息以及動態調用對象方法的功能稱為Java語言的反射機制。

Java反射機制主要提供以下這幾個功能:

  • 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有的成員變量和方法
  • 在運行時調用任意一個對象的方法

1.1Class類

Class類,Class類也是一個實實在在的類,存在於JDK的java.lang包中。Class類的實例表示java應用運行時的類(class ans enum)或接口(interface and annotation)(每個java類運行時都在JVM裡表現為一個class對象,可通過類名.class、類型.getClass()、Class.forName(“類名”)等方法獲取class對象)。數組同樣也被映射為為class 對象的一個類,所有具有相同元素類型和維數的數組都共享該 Class 對象。基本類型boolean,byte,char,short,int,long,float,double和關鍵字void同樣表現為 class 對象。

到這我們也就可以得出以下幾點信息:

  • Class類也是類的一種,與class關鍵字是不一樣的。
  • 手動編寫的類被編譯後會產生一個Class對象,其表示的是創建的類的類型信息,而且這個Class對象保存在同名.class的文件中(字節碼文件)。
  • 每個通過關鍵字class標識的類,在內存中有且隻有一個與之對應的Class對象來描述其類型信息,無論創建多少個實例對象,其依據的都是用一個Class對象。
  • Class類隻存私有構造函數,因此對應Class對象隻能有JVM創建和加載。
  • Class類的對象作用是運行時提供或獲得某個對象的類型信息,這點對於反射技術很重要(關於反射稍後分析)。

1.2類加載

1.類加載機制流程

2.類的加載

img

註:詳細的類加載內容,看JVM板塊。

2.反射的使用

2.1Class對象的獲取

在類加載的時候,jvm會創建一個class對象。class對象可以說是反射中最常見的。

獲取class對象的方式的主要三種:

  • 根據類名:類名.class
  • 根據對象:對象.getClass()
  • 根據全限定類名:Class.forName(全限定類名)
public class demo1Main1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //獲取Class對象的三種對象
        System.out.println("根據類名:\t" + User.class);
        System.out.println("根據對象:\t" + new User().getClass());
        System.out.println("根據全限定類名:\t" + Class.forName("demo1.User"));
        //常用的方法
        Class<User> userClass = User.class;
        System.out.println("獲取全限定類名:\t" + userClass.getName());
        System.out.println("獲取類名:\t" + userClass.getSimpleName());
        System.out.println("實例化:\t" + userClass.newInstance());

    }
}

輸出結果:

根據類名:	class demo1.User
根據對象:	class demo1.User
根據全限定類名:	class demo1.User
獲取全限定類名:	demo1.User
獲取類名:	User
實例化:	User{name='init', age=0}

再來看看Class類的方法:

  • toSting()
public String toString() {
    return (isInterface() ? "interface " : (isPrimitive() ? "" : "class "))
        + getName();
}

toString()方法能夠將對象轉換為字符串,toString()首先判斷Class類型是否是接口類型,也就是說普通類和接口都能用Class對象表示,然後在判斷是否是基本數據類型,這裡判斷的都是基本數據類型和包裝類,還有void類型。

  • getName()

獲取類的全限定名稱。(包括包名)即類的完整名稱。

1.如果是引用類型。比如 String.class.getName()→java.lang.String

2.如果是基本數據類型。比如 byte.class.getName()→byte

3.如果是數組類型。比如 new Object[3].getClass().getName()→[Ljava.lang.Object;

  • getSimpleName()

獲取類名(不包括包名)。

  • getCanonicalName()

獲取全限定的類名(包括包名)。

  • toGenericString()

返回類的全限定名稱,而且包括類的修飾符和類型參數信息。

  • forName()

根據類名獲得一個Class對象的引用,這個方法會使類對象進行初始化。

例如:Class t = Class.forName("java.lang.Thread")就能夠初始化一個Thread線程對象。

在Java中,一共有三種獲取類實例的方式:

1.Class.forName(java.lang.Thread)

2.Thread.class

3.thread.getClass()

  • newInstance()

創建一個類的實例,代表著這個類的對象。上面forName()方法對類進行初始化,newInstance方法對類進行實例化。使用該方法創建的類,必須帶有無參的構造器。

  • getClassLoader()

獲取類加載器對象。

  • getInterfaces()

獲取當前類實現的類或是接口,可能是多個,所以返回的是Class數組。

  • isInterface()

判斷Class對象是否是表示一個接口。

  • getFields()

獲得某個類的所有的公共(public)的字段,包括繼承自父類的所有公共字段。 類似的還有getMethodsgetConstructors

  • getDeclaredFields

獲得某個類的自己聲明的字段,即包括public、private和proteced,默認但是不包括父類聲明的任何字段。類似的還有getDeclaredMethodsgetDeclaredConstructors

getName、getCanonicalName與getSimpleName的區別:

  • getSimpleName:隻獲取類名.
  • getName:類的全限定名,jvm中Class的表示,可以用於動態加載Class對象,例如Class.forName。
  • getCanonicalName:返回更容易理解的表示,主要用於輸出(toString)或log打印,大多數情況下和getName一樣,但是在內部類、數組等類型的表示形式就不同瞭。

例子:

package com.cry;
public class Test {
    private  class inner{
    }
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //普通類
        System.out.println(Test.class.getSimpleName()); //Test
        System.out.println(Test.class.getName()); //com.cry.Test
        System.out.println(Test.class.getCanonicalName()); //com.cry.Test
        //內部類
        System.out.println(inner.class.getSimpleName()); //inner
        System.out.println(inner.class.getName()); //com.cry.Test$inner
        System.out.println(inner.class.getCanonicalName()); //com.cry.Test.inner
        //數組
        System.out.println(args.getClass().getSimpleName()); //String[]
        System.out.println(args.getClass().getName()); //[Ljava.lang.String;
        System.out.println(args.getClass().getCanonicalName()); //java.lang.String[]
        //我們不能用getCanonicalName去加載類對象,必須用getName
        //Class.forName(inner.class.getCanonicalName()); 報錯
        Class.forName(inner.class.getName());
    }
}

2.2Constructor類及其用法

Constructor類存在於反射包(java.lang.reflect)中,反映的是Class 對象所表示的類的構造方法。

獲取Constructor對象是通過Class類中的方法獲取的,Class類與Constructor相關的主要方法如下:

方法返回值 方法名稱 方法說明
Constructor getConstructor(Class<?>… parameterTypes) 返回指定參數類型、具有public訪問權限的構造函數對象
Constructor<?>[] getConstructors() 返回所有具有public訪問權限的構造函數的Constructor對象數組
Constructor getDeclaredConstructor(Class<?>… parameterTypes) 返回指定參數類型、所有聲明的(包括private)構造函數對象
Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() 返回所有聲明的(包括private)構造函數對象
T newInstance() 調用無參構造器創建此 Class 對象所表示的類的一個新實例。

栗子:

public class ConstructionTest implements Serializable {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = null;

        //獲取Class對象的引用
        clazz = Class.forName("com.example.javabase.User");

        //第一種方法,實例化默認構造方法,User必須無參構造函數,否則將拋異常
        User user = (User) clazz.newInstance();
        user.setAge(20);
        user.setName("Jack");
        System.out.println(user);

        System.out.println("--------------------------------------------");

        //獲取帶String參數的public構造函數
        Constructor cs1 =clazz.getConstructor(String.class);
        //創建User
        User user1= (User) cs1.newInstance("hiway");
        user1.setAge(22);
        System.out.println("user1:"+user1.toString());

        System.out.println("--------------------------------------------");

        //取得指定帶int和String參數構造函數,該方法是私有構造private
        Constructor cs2=clazz.getDeclaredConstructor(int.class,String.class);
        //由於是private必須設置可訪問
        cs2.setAccessible(true);
        //創建user對象
        User user2= (User) cs2.newInstance(25,"hiway2");
        System.out.println("user2:"+user2.toString());

        System.out.println("--------------------------------------------");

        //獲取所有構造包含private
        Constructor<?> cons[] = clazz.getDeclaredConstructors();
        // 查看每個構造方法需要的參數
        for (int i = 0; i < cons.length; i++) {
            //獲取構造函數參數類型
            Class<?> clazzs[] = cons[i].getParameterTypes();
            System.out.println("構造函數["+i+"]:"+cons[i].toString() );
            System.out.print("參數類型["+i+"]:(");
            for (int j = 0; j < clazzs.length; j++) {
                if (j == clazzs.length - 1)
                    System.out.print(clazzs[j].getName());
                else
                    System.out.print(clazzs[j].getName() + ",");
            }
            System.out.println(")");
        }
    }
}


class User {
    private int age;
    private String name;
    public User() {
        super();
    }
    public User(String name) {
        super();
        this.name = name;
    }

    /**
     * 私有構造
     * @param age
     * @param name
     */
    private User(int age, String name) {
        super();
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

輸出結果:

User{age=20, name='Jack'}
--------------------------------------------
user1:User{age=22, name='hiway'}
--------------------------------------------
user2:User{age=25, name='hiway2'}
--------------------------------------------
構造函數[0]:private com.example.javabase.User(int,java.lang.String)
參數類型[0]:(int,java.lang.String)
構造函數[1]:public com.example.javabase.User(java.lang.String)
參數類型[1]:(java.lang.String)
構造函數[2]:public com.example.javabase.User()
參數類型[2]:()

關於Constructor類本身一些常用方法如下(僅部分,其他可查API):

方法返回值 方法名稱 方法說明
Class getDeclaringClass() 返回 Class 對象,該對象表示聲明由此 Constructor 對象表示的構造方法的類,其實就是返回真實類型(不包含參數)
Type[] getGenericParameterTypes() 按照聲明順序返回一組 Type 對象,返回的就是 Constructor對象構造函數的形參類型。
String getName() 以字符串形式返回此構造方法的名稱。
Class<?>[] getParameterTypes() 按照聲明順序返回一組 Class 對象,即返回Constructor 對象所表示構造方法的形參類型
T newInstance(Object… initargs) 使用此 Constructor對象表示的構造函數來創建新實例
String toGenericString() 返回描述此 Constructor 的字符串,其中包括類型參數。

栗子:

Constructor cs3 = clazz.getDeclaredConstructor(int.class,String.class);
System.out.println("-----getDeclaringClass-----");
Class uclazz=cs3.getDeclaringClass();
//Constructor對象表示的構造方法的類
System.out.println("構造方法的類:"+uclazz.getName());

System.out.println("-----getGenericParameterTypes-----");
//對象表示此 Constructor 對象所表示的方法的形參類型
Type[] tps=cs3.getGenericParameterTypes();
for (Type tp:tps) {
    System.out.println("參數名稱tp:"+tp);
}
System.out.println("-----getParameterTypes-----");
//獲取構造函數參數類型
Class<?> clazzs[] = cs3.getParameterTypes();
for (Class claz:clazzs) {
    System.out.println("參數名稱:"+claz.getName());
}
System.out.println("-----getName-----");
//以字符串形式返回此構造方法的名稱
System.out.println("getName:"+cs3.getName());

System.out.println("-----getoGenericString-----");
//返回描述此 Constructor 的字符串,其中包括類型參數。
System.out.println("getoGenericString():"+cs3.toGenericString());

輸出結果:

-----getDeclaringClass-----
構造方法的類:com.example.javabase.User
-----getGenericParameterTypes-----
參數名稱tp:int
參數名稱tp:class java.lang.String
-----getParameterTypes-----
參數名稱:int
參數名稱:java.lang.String
-----getName-----
getName:com.example.javabase.User
-----getoGenericString-----
getoGenericString():private com.example.javabase.User(int,java.lang.String)

2.3Field類及其用法

Field 提供有關類或接口的單個字段的信息,以及對它的動態訪問權限。反射的字段可能是一個類(靜態)字段或實例字段。

同樣的道理,我們可以通過Class類的提供的方法來獲取代表字段信息的Field對象,Class類與Field對象相關方法如下:

方法返回值 方法名稱 方法說明
Field getDeclaredField(String name) 獲取指定name名稱的(包含private修飾的)字段,不包括繼承的字段
Field[] getDeclaredField() 獲取Class對象所表示的類或接口的所有(包含private修飾的)字段,不包括繼承的字段
Field getField(String name) 獲取指定name名稱、具有public修飾的字段,包含繼承字段
Field[] getField() 獲取修飾符為public的字段,包含繼承字段

栗子:

public class ReflectField {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
        Class<?> clazz = Class.forName("reflect.Student");
        //獲取指定字段名稱的Field類,註意字段修飾符必須為public而且存在該字段,
        // 否則拋NoSuchFieldException
        Field field = clazz.getField("age");
        System.out.println("field:"+field);

        //獲取所有修飾符為public的字段,包含父類字段,註意修飾符為public才會獲取
        Field fields[] = clazz.getFields();
        for (Field f:fields) {
            System.out.println("f:"+f.getDeclaringClass());
        }

        System.out.println("================getDeclaredFields====================");
        //獲取當前類所字段(包含private字段),註意不包含父類的字段
        Field fields2[] = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field f:fields2) {
            System.out.println("f2:"+f.getDeclaringClass());
        }
        //獲取指定字段名稱的Field類,可以是任意修飾符的自動,註意不包含父類的字段
        Field field2 = clazz.getDeclaredField("desc");
        System.out.println("field2:"+field2);
    }
}

class Person{
    public int age;
    public String name;
    //省略set和get方法
}

class Student extends Person{
    public String desc;
    private int score;
    //省略set和get方法
}
  輸出結果: 
field:public int reflect.Person.age
f:public java.lang.String reflect.Student.desc
f:public int reflect.Person.age
f:public java.lang.String reflect.Person.name

================getDeclaredFields====================
f2:public java.lang.String reflect.Student.desc
f2:private int reflect.Student.score
field2:public java.lang.String reflect.Student.desc

上述方法需要註意的是,如果我們不期望獲取其父類的字段,則需使用Class類的getDeclaredField/getDeclaredFields方法來獲取字段即可,倘若需要連帶獲取到父類的字段,那麼請使用Class類的getField/getFields,但是也隻能獲取到public修飾的的字段,無法獲取父類的私有字段。下面將通過Field類本身的方法對指定類屬性賦值,代碼演示如下:

//獲取Class對象引用
Class<?> clazz = Class.forName("reflect.Student");

Student st= (Student) clazz.newInstance();
//獲取父類public字段並賦值
Field ageField = clazz.getField("age");
ageField.set(st,18);
Field nameField = clazz.getField("name");
nameField.set(st,"Lily");

//隻獲取當前類的字段,不獲取父類的字段
Field descField = clazz.getDeclaredField("desc");
descField.set(st,"I am student");
Field scoreField = clazz.getDeclaredField("score");
//設置可訪問,score是private的
scoreField.setAccessible(true);
scoreField.set(st,88);
System.out.println(st.toString());

//輸出結果:Student{age=18, name='Lily ,desc='I am student', score=88} 

//獲取字段值
System.out.println(scoreField.get(st));
// 88

其中的set(Object obj, Object value) 方法是Field類本身的方法,用於設置字段的值,而get(Object obj)則是獲取字段的值,當然關於Field類還有其他常用的方法如下:

方法返回值 方法名稱 方法說明
void set(Object obj, Object value) 將指定對象變量上此 Field 對象表示的字段設置為指定的新值。
Object get(Object obj) 返回指定對象上此 Field 表示的字段的值
Class<?> getType() 返回一個 Class 對象,它標識瞭此Field 對象所表示字段的聲明類型。
boolean isEnumConstant() 如果此字段表示枚舉類型的元素則返回 true;否則返回 false
String toGenericString() 返回一個描述此 Field(包括其一般類型)的字符串
String getName() 返回此 Field 對象表示的字段的名稱
Class<?> getDeclaringClass() 返回表示類或接口的 Class 對象,該類或接口聲明由此 Field 對象表示的字段
void setAccessible(boolean flag) 將此對象的 accessible 標志設置為指示的佈爾值,即設置其可訪問性

上述方法可能是較為常用的,事實上在設置值的方法上,Field類還提供瞭專門針對基本數據類型的方法,如setInt()/getInt()setBoolean()/getBooleansetChar()/getChar()等等方法,這裡就不全部列出瞭,需要時查API文檔即可。需要特別註意的是被final關鍵字修飾的Field字段是安全的,在運行時可以接收任何修改,但最終其實際值是不會發生改變的。

2.4Method類及其用法

Method 提供關於類或接口上單獨某個方法(以及如何訪問該方法)的信息,所反映的方法可能是類方法或實例方法(包括抽象方法)。

下面是Class類獲取Method對象相關的方法:

方法返回值 方法名稱 方法說明
Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>… parameterTypes) 返回一個指定參數的Method對象,該對象反映此 Class 對象所表示的類或接口的指定已聲明方法。
Method[] getDeclaredMethod 返回 Method 對象的一個數組,這些對象反映此 Class 對象表示的類或接口聲明的所有方法,包括公共、保護、默認(包)訪問和私有方法,但不包括繼承的方法。
Method getMethod(String name, Class<?>… parameterTypes) 返回一個 Method 對象,它反映此 Class 對象所表示的類或接口的指定公共成員方法。
Method[] getMethods() 返回一個包含某些 Method 對象的數組,這些對象反映此 Class 對象所表示的類或接口(包括那些由該類或接口聲明的以及從超類和超接口繼承的那些的類或接口)的公共成員方法。

在通過getMethods方法獲取Method對象時,會把父類的方法也獲取到,如上的輸出結果,把Object類的方法都打印出來瞭。而getDeclaredMethod/getDeclaredMethods方法都隻能獲取當前類的方法。我們在使用時根據情況選擇即可。下面將演示通過Method對象調用指定類的方法:

Class clazz = Class.forName("reflect.Circle");
//創建對象
Circle circle = (Circle) clazz.newInstance();

//獲取指定參數的方法對象Method
Method method = clazz.getMethod("draw",int.class,String.class);

//通過Method對象的invoke(Object obj,Object... args)方法調用
method.invoke(circle,15,"圈圈");

//對私有無參方法的操作
Method method1 = clazz.getDeclaredMethod("drawCircle");
//修改私有方法的訪問標識
method1.setAccessible(true);
method1.invoke(circle);

//對有返回值得方法操作
Method method2 =clazz.getDeclaredMethod("getAllCount");
Integer count = (Integer) method2.invoke(circle);
System.out.println("count:"+count);

輸出結果:

draw 圈圈,count=15
drawCircle
count:100

在上述代碼中調用方法,使用瞭Method類的invoke(Object obj,Object… args) 第一個參數代表調用的對象,第二個參數傳遞的調用方法的參數。這樣就完成瞭類方法的動態調用。

方法返回值 方法名稱 方法說明
Object invoke(Object obj, Object… args) 對帶有指定參數的指定對象調用由此 Method 對象表示的底層方法。
Class<?> getReturnType() 返回一個 Class 對象,該對象描述瞭此 Method 對象所表示的方法的正式返回類型,即方法的返回類型
Type getGenericReturnType() 返回表示由此 Method 對象所表示方法的正式返回類型的 Type 對象,也是方法的返回類型。
Class<?>[] getParameterTypes() 按照聲明順序返回 Class 對象的數組,這些對象描述瞭此 Method 對象所表示的方法的形參類型。即返回方法的參數類型組成的數組
Type[] getGenericParameterTypes() 按照聲明順序返回 Type 對象的數組,這些對象描述瞭此 Method 對象所表示的方法的形參類型的,也是返回方法的參數類型
String getName() 以 String 形式返回此 Method 對象表示的方法名稱,即返回方法的名稱
boolean isVarArgs() 判斷方法是否帶可變參數,如果將此方法聲明為帶有可變數量的參數,則返回 true;否則,返回 false。
String toGenericString() 返回描述此 Method 的字符串,包括類型參數。

getReturnType方法/getGenericReturnType方法都是獲取Method對象表示的方法的返回類型,隻不過前者返回的Class類型後者返回的Type(前面已分析過),Type就是一個接口而已,在Java8中新增一個默認的方法實現,返回的就參數類型信息

public interface Type {
    //1.8新增
    default String getTypeName() {
        return toString();
    }
}

getParameterTypes/getGenericParameterTypes也是同樣的道理,都是獲取Method對象所表示的方法的參數類型,其他方法與前面的Field和Constructor是類似的。

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