java反射机制详解

前言，在Java运行时刻，能否知道一个类的属性方法并调用改动之？对于任意一个对象，能否知道他的所属类，并调用他的方法？答案是肯定的。这种动态的获取信息及动态调用方法的机制在Java中称为“反射”（reflection）。



Java反射机制主要提供以下功能：



在运行时判断任意一个对象所属的类；
在运行时构造任意一个类的对象；
在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法；
在运行时调用任意一个对象的方法。

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Serializable），也包括fields和methods的所有信息，并可于运行时改变fields内容或调用methods。



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”。



在JDK中，主要由以下类来实现Java反射机制，这些类都位于java.lang.reflect包中：
Class类：代表一个类；
Field 类：代表类的成员变量（成员变量也称为类的属性）；
Method类：代表类的方法；
Constructor 类：代表类的构造方法；
Array类：提供了动态创建数组，以及访问数组的元素的静态方法；



例程DateMethodsTest类演示了Reflection API的基本作用，它读取命令行参数指定的类名，然后打印这个类所具有的方法信息，代码如下：

Datemethodstest.java代码
public class DateMethodsTest     
{     
    public static void main(String args[]) throws Exception     
    {     
        // 加载并初始化命令行参数指定的类     
        Class<?> classType = Class.forName("java.util.Date");     
        // 获得类的所有方法     
        Method methods[] = classType.getDeclaredMethods();     
        for (int i = 0; i < methods.length; i++)     
        {     
            System.out.println(methods[i].toString());     
        }     
    }     
}   

public class DateMethodsTest  
{  
    public static void main(String args[]) throws Exception  
    {  
        // 加载并初始化命令行参数指定的类  
        Class<?> classType = Class.forName("java.util.Date");  
        // 获得类的所有方法  
        Method methods[] = classType.getDeclaredMethods();  
        for (int i = 0; i < methods.length; i++)  
        {  
            System.out.println(methods[i].toString());  
        }  
    }  
} 


例程ReflectTester类进一步演示了Reflection API的基本使用方法。ReflectTester类有一个copy(Object object)方法，这个方法能够创建一个和参数object同样类型的对象，然后把object对象中的所有属性拷贝到新建的对象中，并将它返回这个例子只能复制简单的JavaBean，假定JavaBean 的每个属性都有public 类型的getXXX()和setXXX()方法，代码如下：

Reflecttester.java代码
public class ReflectTester {     
    public Object copy(Object object) throws Exception {     
        // 获得对象的类型     
        Class<?> classType = object.getClass();     
        System.out.println("Class:" + classType.getName());     
    
        // 通过默认构造方法创建一个新的对象     
        Object objectCopy = classType.getConstructor(new Class[] {}).newInstance(new Object[] {});     
    
        // 获得对象的所有属性     
        Field fields[] = classType.getDeclaredFields();     
    
        for (int i = 0; i < fields.length; i++) {     
            Field field = fields[i];     
    
            String fieldName = field.getName();     
            String firstLetter = fieldName.substring(0, 1).toUpperCase();     
            // 获得和属性对应的getXXX()方法的名字     
            String getMethodName = "get" + firstLetter + fieldName.substring(1);     
            // 获得和属性对应的setXXX()方法的名字     
            String setMethodName = "set" + firstLetter + fieldName.substring(1);     
    
            // 获得和属性对应的getXXX()方法     
            Method getMethod = classType.getMethod(getMethodName, new Class[] {});     
            // 获得和属性对应的setXXX()方法     
            Method setMethod = classType.getMethod(setMethodName, new Class[] { field.getType() });     
    
            // 调用原对象的getXXX()方法     
            Object value = getMethod.invoke(object, new Object[] {});     
            System.out.println(fieldName + ":" + value);     
            // 调用拷贝对象的setXXX()方法     
            setMethod.invoke(objectCopy, new Object[] { value });     
        }     
        return objectCopy;     
    }     
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {     
        Customer customer = new Customer("Tom", 21);     
        customer.setId(new Long(1));     
    
        Customer customerCopy = (Customer) new ReflectTester().copy(customer);     
        System.out.println("Copy information:" + customerCopy.getId() + " "    
                + customerCopy.getName() + " " + customerCopy.getAge());     
    }     
}     
    
class Customer {     
    private Long id;     
    
    private String name;     
    
    private int age;     
    
    public Customer() {     
    }     
    
    public Customer(String name, int age) {     
        this.name = name;     
        this.age = age;     
    }     
    
    public Long getId() {     
        return id;     
    }     
    
    public void setId(Long id) {     
        this.id = id;     
    }     
    
    public String getName() {     
        return name;     
    }     
    
    public void setName(String name) {     
        this.name = name;     
    }     
    
    public int getAge() {     
        return age;     
    }     
    
    public void setAge(int age) {     
        this.age = age;     
    }     
}  

public class ReflectTester {  
    public Object copy(Object object) throws Exception {  
        // 获得对象的类型  
        Class<?> classType = object.getClass();  
        System.out.println("Class:" + classType.getName());  
 
        // 通过默认构造方法创建一个新的对象  
        Object objectCopy = classType.getConstructor(new Class[] {}).newInstance(new Object[] {});  
 
        // 获得对象的所有属性  
        Field fields[] = classType.getDeclaredFields();  
 
        for (int i = 0; i < fields.length; i++) {  
            Field field = fields[i];  
 
            String fieldName = field.getName();  
            String firstLetter = fieldName.substring(0, 1).toUpperCase();  
            // 获得和属性对应的getXXX()方法的名字  
            String getMethodName = "get" + firstLetter + fieldName.substring(1);  
            // 获得和属性对应的setXXX()方法的名字  
            String setMethodName = "set" + firstLetter + fieldName.substring(1);  
 
            // 获得和属性对应的getXXX()方法  
            Method getMethod = classType.getMethod(getMethodName, new Class[] {});  
            // 获得和属性对应的setXXX()方法  
            Method setMethod = classType.getMethod(setMethodName, new Class[] { field.getType() });  
 
            // 调用原对象的getXXX()方法  
            Object value = getMethod.invoke(object, new Object[] {});  
            System.out.println(fieldName + ":" + value);  
            // 调用拷贝对象的setXXX()方法  
            setMethod.invoke(objectCopy, new Object[] { value });  
        }  
        return objectCopy;  
    }  
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        Customer customer = new Customer("Tom", 21);  
        customer.setId(new Long(1));  
 
        Customer customerCopy = (Customer) new ReflectTester().copy(customer);  
        System.out.println("Copy information:" + customerCopy.getId() + " " 
                + customerCopy.getName() + " " + customerCopy.getAge());  
    }  
}  
 
class Customer {  
    private Long id;  
 
    private String name;  
 
    private int age;  
 
    public Customer() {  
    }  
 
    public Customer(String name, int age) {  
        this.name = name;  
        this.age = age;  
    }  
 
    public Long getId() {  
        return id;  
    }  
 
    public void setId(Long id) {  
        this.id = id;  
    }  
 
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
 
    public void setName(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
 
    public int getAge() {  
        return age;  
    }  
 
    public void setAge(int age) {  
        this.age = age;  
    }  
} 

ReflectTester 类的copy(Object object)方法依次执行以下步骤：


（1）获得对象的类型：
Class classType=object.getClass();
System.out.println("Class:"+classType.getName());



在java.lang.Object 类中定义了getClass()方法，因此对于任意一个Java对象，都可以通过此方法获得对象的类型。Class类是Reflection API 中的核心类，它有以下方法：
getName()：获得类的完整名字；
getFields()：获得类的public类型的属性；
getDeclaredFields()：获得类的所有属性；
getMethods()：获得类的public类型的方法；
getDeclaredMethods()：获得类的所有方法；



getMethod(String name, Class[] parameterTypes)：获得类的特定方法，name参数指定方法的名字，parameterTypes 参数指定方法的参数类型；

getConstructors()：获得类的public类型的构造方法；
getConstructor(Class[] parameterTypes)：获得类的特定构造方法，parameterTypes 参数指定构造方法的参数类型；
newInstance()：通过类的不带参数的构造方法创建这个类的一个对象；



（2）通过默认构造方法创建一个新对象：
Object objectCopy=classType.getConstructor(new Class[]{}).newInstance(new Object[]{});
以上代码先调用Class类的getConstructor()方法获得一个Constructor 对象，它代表默认的构造方法，然后调用Constructor对象的newInstance()方法构造一个实例。



（3）获得对象的所有属性：
Field fields[]=classType.getDeclaredFields();
Class 类的getDeclaredFields()方法返回类的所有属性，包括public、protected、默认和private访问级别的属性。



（4）获得每个属性相应的getXXX()和setXXX()方法，然后执行这些方法，把原来对象的属性拷贝到新的对象中。



以上是一个反射（reflection）的比较详细的解说，当然真正工程上是不会这样麻烦的，这里是底层的讲解。





以下这个类运用反射机制调用其add()和echo()方法，代码如下：

Invoketester.java代码
import java.lang.reflect.Method;     
    
public class InvokeTester {     
    public int add(int param1, int param2) {     
        return param1 + param2;     
    }     
    
    public String echo(String msg) {     
        return "echo: " + msg;     
    }     
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {     
        Class<?> classType = InvokeTester.class;     
        Object invokeTester = classType.newInstance();     
    
        // 调用InvokeTester对象的add()方法     
        Method addMethod = classType.getMethod("add", new Class[] { int.class,     
                int.class });     
        Object result = addMethod.invoke(invokeTester, new Object[] {     
                new Integer(100), new Integer(200) });     
        System.out.println((Integer) result);     
    
        // 调用InvokeTester对象的echo()方法     
        Method echoMethod = classType.getMethod("echo",     
                new Class[] { String.class });     
        result = echoMethod.invoke(invokeTester, new Object[] { "Hello" });     
        System.out.println((String) result);     
    }     
}   

import java.lang.reflect.Method;  
 
public class InvokeTester {  
    public int add(int param1, int param2) {  
        return param1 + param2;  
    }  
 
    public String echo(String msg) {  
        return "echo: " + msg;  
    }  
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        Class<?> classType = InvokeTester.class;  
        Object invokeTester = classType.newInstance();  
 
        // 调用InvokeTester对象的add()方法  
        Method addMethod = classType.getMethod("add", new Class[] { int.class,  
                int.class });  
        Object result = addMethod.invoke(invokeTester, new Object[] {  
                new Integer(100), new Integer(200) });  
        System.out.println((Integer) result);  
 
        // 调用InvokeTester对象的echo()方法  
        Method echoMethod = classType.getMethod("echo",  
                new Class[] { String.class });  
        result = echoMethod.invoke(invokeTester, new Object[] { "Hello" });  
        System.out.println((String) result);  
    }  
}  

add()方法的两个参数为int 类型，获得表示add()方法的Method对象的代码如下：
Method addMethod=classType.getMethod("add",new Class[]{int.class,int.class});
Method类的invoke(Object obj,Object args[])方法接收的参数必须为对象，如果参数为基本类型数据，必须转换为相应的包装类型的对象。invoke()方法的返回值总是对象，如果实际被调用的方法的返回类型是基本类型数据，那么invoke()方法会把它转换为相应的包装类型的对象，再将其返回。



在本例中，尽管InvokeTester 类的add()方法的两个参数以及返回值都是int类型，调用add Method 对象的invoke()方法时，只能传递Integer 类型的参数，并且invoke()方法的返回类型也是Integer 类型，Integer 类是int 基本类型的包装类：

Object result=addMethod.invoke(invokeTester,
new Object[]{new Integer(100),new Integer(200)});
System.out.println((Integer)result); //result 为Integer类型。



java.lang.Array 类提供了动态创建和访问数组元素的各种静态方法。下面的例子ArrayTester1.java的main()方法创建了一个长度为10 的字符串数组，接着把索引位置为5 的元素设为“hello”，然后再读取索引位置为5 的元素的值，代码如下：

Arraytester1.java代码
import java.lang.reflect.Array;     
    
public class ArrayTester1     
{     
    public static void main(String args[]) throws Exception     
    {     
        Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String");     
        // 创建一个长度为10的字符串数组     
        Object array = Array.newInstance(classType, 10);     
        // 把索引位置为5的元素设为"hello"     
        Array.set(array, 5, "hello");     
        // 获得索引位置为5的元素的值     
        String s = (String) Array.get(array, 5);     
        System.out.println(s);     
    }     
}  

import java.lang.reflect.Array;  
 
public class ArrayTester1  
{  
    public static void main(String args[]) throws Exception  
    {  
        Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String");  
        // 创建一个长度为10的字符串数组  
        Object array = Array.newInstance(classType, 10);  
        // 把索引位置为5的元素设为"hello"  
        Array.set(array, 5, "hello");  
        // 获得索引位置为5的元素的值  
        String s = (String) Array.get(array, 5);  
        System.out.println(s);  
    }  
} 

Java API是个很好的帮助资料，大家可以查阅观看。比如说以上的例子：classType就是String类型的一个对象。通过Array类的newInstance(类型, 长度)创建了一个长度为10的，类型为String的Array数组。通过Array的get和set方法可以将字符串“hello”插进下标为5（实际上是Array中第六个元素）的“数组方块”中。



下面例子是一个复杂的多维数组例子，不过只要了解了一维数组，应该不难了解多维数组的。所谓多维数组只是下级数组作为一个“元素”存在于上级数组中。



例程ArrayTester2 类的main()方法创建了一个 5 x 10 x 15 的整型数组，并把索引位置为[3][5][10] 的元素的值为设37，代码如下：

Arraytester2.java代码
import java.lang.reflect.Array;     
    
public class ArrayTester2     
{     
    public static void main(String args[])     
    {     
        int[] dims = new int[] { 5, 10, 15 };     
        Object array = Array.newInstance(Integer.TYPE, dims);     
        Object arrayObj = Array.get(array, 3);     
        Class<?> cls = arrayObj.getClass().getComponentType();     
        System.out.println(cls);     
        arrayObj = Array.get(arrayObj, 5);     
        Array.setInt(arrayObj, 10, 37);     
        int arrayCast[][][] = (int[][][]) array;     
        System.out.println(arrayCast[3][5][10]);     
    }     
}  

import java.lang.reflect.Array;  
 
public class ArrayTester2  
{  
    public static void main(String args[])  
    {  
        int[] dims = new int[] { 5, 10, 15 };  
        Object array = Array.newInstance(Integer.TYPE, dims);  
        Object arrayObj = Array.get(array, 3);  
        Class<?> cls = arrayObj.getClass().getComponentType();  
        System.out.println(cls);  
        arrayObj = Array.get(arrayObj, 5);  
        Array.setInt(arrayObj, 10, 37);  
        int arrayCast[][][] = (int[][][]) array;  
        System.out.println(arrayCast[3][5][10]);  
    }  
}  Class是Reflection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。



Java允许我们从多种途径为一个class生成对应的Class object。



（一）运用getClass()方法：

String str = "abc";

Class class = str.getClass();



（二）运用Class.getSuperclass()方法：

Button b = new Button();

Class c1 = b.getSuperclass();

Class c2 = c1.getSuperclass();



（三）运用静态方法Class.forName()，这个最常用：

Class c1 = Class.forName("java.lang.String");

Class c2 = Class.forName("java.util.Date");



（四）运用.class语法：

Class c1 = String.class;

Class c2 = java.awt.Button.class;

Class c3 = int.class;

Class C4 = int[].class;



（五）运用原始包装类的TYPE方法：

Class c1 = Integer.TYPE;

Class c2 = Character.TYPE;

Class c3 = Boolean.TYPE;

Class c4 = Void.TYPE;



通过这五种方法，可以生成我们想要的类对象。