Java在運行時識別類型信息的方法詳解

這篇文章主要給大家介紹了關於Java在運行時識別類型信息的相關資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友可以參考借鑑，下面來一起看看吧

前言

在日常的學習工作當中，有一些知識是我們在讀書的時候就能夠習得；但有一些知識不是的，需要在實踐的時候才能得到真知——這或許就是王陽明提倡的“知行合一”。

在Java中，並不是所有的類型信息都能在編譯階段明確，有一些類型信息需要在運行時才能確定，這種機制被稱爲RTTI，英文全稱爲Run-Time Type Identification，即運行時類型識別，有沒有一點“知行合一”的味道？運行時類型識別主要由Class類實現。

01 Class類

在Java中，我們常用“class”（首字母爲小寫的c）關鍵字來定義一個類，說這個類是對某一類對象的抽象。你比如說王二是一個網絡知名作者，我們可以這樣簡單地定義作者類：

package com.cmower.java_demo.fifteen;

class Author {
 private String pen_name;
 private String real_name;
}

現在，我們想知道Writer這個類本身的一些信息（比如說類名），該怎麼辦呢？這時候就需要用到“Class”（首字母爲大寫的C）類，該類包含了與類有關的信息。請看以下代碼：

public class Test {
 public static void main (String [] args) {
  Author wanger = new Author();
  Class c1 = wanger.getClass();
  System.out.println(c1.getName());
  //輸出 com.cmower.java_demo.fifteen.Author
 }
}

當我們創建了作者對象wanger後，就可以通過wanger.getClass()獲取wanger的Class對象，通過c1.getName()可獲得wanger對象的類名。

想象一下，經過五年的刻意練習，王二從一名寫作愛好者晉升爲一名作家了。我們用代碼來假裝一下：

package com.cmower.java_demo.fifteen;

class Author {
 private String pen_name;
 private String real_name;
}

class Writer extends Author {
 private String honour;
}

public class Test {
 public static void main (String [] args) {
  Author wanger = new Writer();
  Class c1 = wanger.getClass();
  System.out.println(c1.getName());
  //輸出 com.cmower.java_demo.fifteen.Writer
 }
}

在上例中，即使我們將Writer的對象引用wanger向上轉型爲Author，wanger的Class對象類型依然是Writer（通過輸出結果可以判定）。這也就是說，Java能夠在運行時自動識別類型的信息，它不會因爲wanger的引用類型是Author而丟失wanger真正的類型信息（Writer）。Java是怎麼做到這一點呢？

當Java創建某個類的對象，比如Writer類對象時，Java會檢查內存中是否有相應的Class對象。如果內存中沒有相應的Class對象，那麼Java會在.class文件中尋找Writer類的定義，並加載Writer類的Class對象。

一旦Class對象加載成功，就可以用它來創建這種類型的所有對象。這也就是說，每個對象在運行時都會有對應的Class對象，這個Class對象包含了這個對象的類型信息。因此，我們能夠通過Class對象知道某個對象“真正”的類型，並不會因爲向上轉型而丟失。

02 獲取Class對象的其他方式

在使用getClass()方法獲取一個類的Class對象時，我們必須要先獲取這個類的對象，比如上面提到的wanger。如果我們之前沒有獲取這個類的對象，就需要用另外兩種方式來獲取類的Class對象：

Class c2 = Writer.class;
System.out.println(c2.getName());

try {
 Class c3 = Class.forName("com.cmower.java_demo.fifteen.Writer");
 System.out.println(c3.getName());
} catch (ClassNotFoundException e) {
 e.printStackTrace();
}

1）當使用.class來獲取Class對象時，不會自動地初始化該Class對象，初始化被延遲到了對靜態方法或者非final靜態域進行首次引用時才執行。這樣做不僅更簡單，而且更安全，因爲它在編譯時就會受到檢查（因此不需要置於try語句塊中）。

2）Class.forName會自動地初始化該Class對象，但需要指定類名，並且需要置於try語句塊中。

03 Class類提供的常用方法

Class類爲我們提供了一些非常有用的方法，比如說getName()用來返回類名，getPackage()返回類所在的包名。

我們還可以利用Class類提供的newInstance()方法來創建相應類的對象，比如:

Class c2 = Writer.class;
System.out.println(c2.getName());

try {
 Writer wangsan = (Writer) c2.newInstance();
 System.out.println(wangsan);
 // 輸出：com.cmower.java_demo.fifteen.Writer@7852e922
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException e1) {
 e1.printStackTrace();
}

由於我們在創建Class對象c2時沒有使用泛型，所以newInstance()返回的對象類型需要強轉爲Writer。我們可以在此基礎上進行改進，示例如下：

Class<Writer> c4 = Writer.class;
System.out.println(c4.getName());

try {
 Writer wangsan = c4.newInstance();
 System.out.println(wangsan);
 // 輸出：com.cmower.java_demo.fifteen.Writer@7852e922
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException e1) {
 e1.printStackTrace();
}

04 反射

我們還可以通過getFields()獲取所有public修飾的字段，通過getMethods()返回所有public修飾的方法。

甚至，我們還可以通過getDeclaredFields()獲取更多字段，包括公共、受保護、默認(包)訪問和私有字段，但不包括繼承字段。對應的，getDeclaredMethods()用來獲取更多方法。示例如下：

package com.cmower.java_demo.fifteen;

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

class Author {
 private String pen_name;
 private String real_name;
}

class Writer extends Author {
 private String honour;

 private void makeMoney() {
  System.out.println("很多很多錢");
 }
}

public class Test {
 public static void main(String[] args) {

  Class<Writer> c4 = Writer.class;
  System.out.println(c4.getName());

  try {
   Writer wangsan = c4.newInstance();
   System.out.println(wangsan);

   Field[] fields = c4.getDeclaredFields();
   for (Field field : fields) {
    System.out.println(field.getName());
   }

   Method[] methods = c4.getDeclaredMethods();
   for (Method method : methods) {
    System.out.println(method.getName());
   }
  } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e1) {
   e1.printStackTrace();
  }

 }
}

上面的例子其實涉及到了反射，Field、Method（還有例子中未提到的Constructor）都來自java.lang.reflect類庫。Class類與java.lang.reflect類庫一起對反射的概念進行了支持。

有時候，我們需要從磁盤文件或網絡文件中讀取一串字節碼，並把它轉換成一個類，這時候就需要用到反射。最常見的典型例子就是將一串JSON字符串（在網絡傳輸中最初的形態可能是字節數組）反射爲對應類型的對象。

阿里巴巴提供的FastJSON提供了 toJSONString() 和 parseObject() 方法來將 Java 對象與 JSON 相互轉換。調用toJSONString方法即可將對象轉換成 JSON 字符串，parseObject 方法則反過來將 JSON 字符串轉換成對象。FastJSON的內部其實用的就是反射機制。

package com.cmower.common.util;

import java.io.UnsupportedEncodingException;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;

import com.alibaba.fastjson.JSON;

@SuppressWarnings("all")
public class JsonUtil {
 private static Log logger = LogFactory.getLog("json");

 public static byte[] objectToByte(Object obj) throws UnsupportedEncodingException {
  String jsonStr = JSON.toJSONString(obj);
  logger.debug("序列化後數據：" + jsonStr);
  return jsonStr.getBytes("UTF-8");
 }

 public static <T> T byteToObject(byte[] data, Class<T> obj) throws UnsupportedEncodingException {
  String objectString = new String(data, "UTF-8");
  logger.debug("反序列化後數據 : " + objectString);
  return JSON.parseObject(objectString, obj);
 }
 
 public static <T> Object stringToObject(String data, Class<T> obj) throws UnsupportedEncodingException {
  logger.debug("反序列化後數據 : " + data);
  return JSON.parseObject(data, obj);
 }
}

05 總結

爲了完成這篇文章，我特意和青苗谷的一名技術專家聊了聊，問他了幾個很傻逼的問題：“‘運行時'是什麼意思？是站在Java虛擬機的角度，還是程序員的角度？”

他給了我很好的解釋和啓發，我不由覺得非常的慚愧，作爲一名年紀頗長的Java學習者，竟然對理論知識薄弱到令人髮指的地步——不知道你是否也有這樣的困惑？

但寫作的好處就在於此，在向讀者解釋“Java如何在運行時識別類型信息”的過程中，我的思路逐漸地清晰了起來——這真是一個自我提升的好辦法！

好了，以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對神馬文庫的支持。