5.7 java之反射(获取class对象，分析类对象的成员变量、构造器、普通方法、动态分析类对象的值，编写泛型数组，调用任意方法)

0.什么是反射？

• 首先我们先了解一下反射库，反射库(reflection library)提供了一个非常丰富且精心设计的工具集， 以便编写能够动态操纵 Java 代码的程序。
• 使用反射,在设计或运行中添加新类时， 能够快速地应用开发工具动态地查询新添 加类的能力。

能够分析类能力的程序称为反射（reflective)。

反射机制可以用来：

• 在运行时分析类的能力。
• 在运行时查看对象， 例如， 编写一个 toString方法供所有类使用。
• 实现通用的数组操作代码。
• 利用 Method 对象， 这个对象很像C++中的函数指针

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

1.获取class类对象

• 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。

获得Class类对象的三种方法：

• 在启动时， 包含 main 方法的类被加载。它会加载所有需要的类。这些被加栽的类 又要加载它们需要的类， 以此类推。对于一个大型的应用程序来说， 这将会消耗很多时 间， 用户会因此感到不耐烦。
• 可以使用下面这个技巧给用户一种启动速度比较快的幻觉。 不过，要确保包含 main 方法的类没有显式地引用其他的类。
• 首先，显示一个启动画面； 然后，通过调用 Class.forName 手工地加载其他的类。

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

还有一个很有用的方法 newlnstance( )， 可以用来动态地创建一个类的实例例如:

创建了一个与 e具有相同类类型的实例。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， 就会抛出一个异常。

将 forName 与 newlnstance 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

2.初识捕获异常

• 我们将在第 7 章中全面地讲述异常处理机制，但现在时常遇到一些方法需要抛出异常。
• 当程序运行过程中发生错误时， 就会“ 抛出异常’抛出异常比终止程序要灵活得多， 这是因为可以提供一个“ 捕获” 异常的处理器（handler)对异常情况进行处理， 如果没有提供处理器，程序就会终止，并在控制台上打印出一条信息， 其中给出了异常的 类型。可能在前面已经看到过一些异常报告， 例如， 偶然使用了 null 引用或者数组越界等。
• 异常有两种类型： 未检查异常和已检查异常。
  对于已检查异常， 编译器将会检查是否提供了处理器。
  然而，有很多常见的异常， 例如，访问 null 引用， 都属于未检查异常。编译 器不会查看是否为这些错误提供了处理器。
  毕竟，应该精心地编写代码来避免这些错误的发 生， 而不要将精力花在编写异常处理器上。 并不是所有的错误都是可以避免的。
  如果竭尽全力还是发生了异常， 编译器就要求提供 一个处理器。

现在， 只介绍一下如何实现最简单的处理器。
将可能抛出已检查异常的一个或多个方法调用代码放在 try块中，然后在 catch 子句中提 供处理器代码。

• 如果类名不存在， 则将跳过 try块中的剩余代码，程序直接进人 catch 子句（这里，利用 Throwable 类的 printStackTrace 方法打印出栈的轨迹。Throwable 是 Exception 类的超类） 。
• 如果try块中没有抛出任何异常， 那么会跳过 catch 子句的处理器代码。
• 对于已检查异常，只需要提供一个异常处理器。可以很容易地发现会抛出已检查异常的 方法。如果调用了一个抛出已检查异常的方法，而又没有提供处理器，编译器就会给出错误 报告

3.利用反射分析类的能力，获取成员变量、构造器、方法的结构和类型

我们可以利用反射机制检查类的结构。
下面介绍一下reflect包中的类和方法来分析类的能力：

• 在java.lang.reflect 包中有三个类 Field、Method 和 Constructor分别用于描述类的域、 方 法和构造器。
  这三个类都有一个叫做 getName 的方法， 用来返回项目的名称。
  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。

• 可以利用java.lang.reflect 包中的 Modifiei类的静态方法分析getModifiers返回的整型数值。
  例如：可以使用Modifiei类中的 isPublic、 isPrivate 或 isFinal 判断方法或构造器是否是 public、 private 或 final。
  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。

• Field 类有一 个 getType 方法， 用来返回描述域所属类型的 Class 对象。

• Method 和 Constructor 类有能够报告参数类型的方法
  Method 类有一个可以报告返回类型的方法。

• Class类中的 getFields、 getMethods 和 getConstructors方 法将 分 别 返 回 类 提 供 的 public 域、 方法和构造器数组， 其中包括超类的公有成员。

• Class 类的 getDeclareFields、 getDeclareMethods 和 getDeclaredConstructors方法将分别返回类中声明的全部域、 方法和构 造器， 其中包括私有和受保护成员，但不包括超类的成员。

下面是一个代码案例,显示了如何打印一个类的全部信息的方法。
这个程序提醒用户输入一个类名，然后输出类中所有的方法和构造器签名，以及全部域名。

输出结果：

4.在运行时使用反射分析对象，获取类对象的成员变量值和类型

在编写程序时， 如果知道想要查看的域名 和类型，查看指定的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对象域。

查看对象域的关键方法是 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 域的当前值。

实际上，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 安全机制只允许查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，

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

get方法还有一个需要解决的问题。name 域是一个 String, 因此把它作为 Object 返回 没有什么问题。但是， 假定我们想要查看salary 域。它属于 double 类型，而 Java中数值类 型不是对象。要想解决这个问题， 可以使用 Field 类中的 getDouble方法，也可以调用 get 方法，此时， 反射机制将会自动地将这个域值打包到相应的对象包装器中，这里将打包成 Double

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。

下图显示了如何编写一个可供任意类使用的通用 toString方法。 其中使用 getDeclaredFileds 获得所有的数据域， 然后使用 setAccessible 将所有的域设置为可访问的。 对 于每个域，获得了名字和值。递归调用 toString方法，将每个值转换成字符串。




泛型 toString方法需要解释几个复杂的问题。循环引用将有可能导致无限递归。因此， ObjectAnalyzer 将记录已经被访问过的对象。另外， 为了能够查看数组内部， 需要采用一种 不同的方式

还可以使用通用的 toString 方法实现ft 己类中的 toString 方法， 如下所示：

这是一种公认的提供 toString 方法的手段， 在编写程序时会发现， 它是非常有用的。

5.使用反射编写泛型数组代码，复制数组

• 可以利用反射编写一个通用的扩充任意类型数组长度的方法，类似copyOf()
• 这里需要注意的一点是：将一个Employee[]数组临时的转换为Object[]，然后再转换回来是可以的，但是从一开始就是Object[]数组却永远不能转换成Employee[]数组。(强制类型转换)，联想父类子类的转换。
  

6.利用反射库调用任意方法

• 反射机制可以允许调用任意的方法
• 在Method类中有一个invoke方法，它可以允许调用包装在Method对象中的方法
  
  
  下面是一个代码实例：

参考：《java核心技术卷一》