Java SE基礎鞏固（七）：反射

我第一次據說反射這個概念是在《Java編程思想》中看到的，提及這書我有些憂傷，當時自學Java，沒有前輩指導，本身摸着石子過河，隨便網上搜一下入門書籍，居然清一色的推薦《Java編程思想》（當時大概2016年初，也許只是我當時知識辨別能力比較低的緣由），如今看來，該書確實不適合入門，比較適合有必定開發經驗的開發者。有點扯遠了，拉回來，拉回來。

1 RTTI和反射

在《Java編程思想》中提到反射的時候，做者將其看作是Java的RTTI，RTTI即Run Time Type Infomation（運行時類型信息），但實際上RTTI但是說是特指C++的RTTI，Java是沒有這個概念的，也許只是做者考慮到C++讀者比較多的緣由吧。

1.1 RTTI

RTTI是C++語言的核心機制，它容許程序在運行時動態的決定各個對象的類型，例如常用到的dynamic_cast，該語法能夠將某個對象在運行時動態的轉換成其餘任意類型，但以後是否會發生錯誤，就不歸它管了。

1.2 反射

反射也不是Java語言獨有的概念，而是計算機科學的通用概念，在維基百科上有以下解釋：

在計算機科學中，反射是指計算機程序在運行時（Run time）能夠訪問、檢測和修改它自己狀態或行爲的一種能力。用比喻來講，反射就是程序在運行的時候可以「觀察」而且修改本身的行爲。

要注意術語「反射」和「內省「type introspection）的關係。內省（或稱「自省」）機制僅指程序在運行時對自身信息（稱爲元數據）的檢測；反射機制不只包括要能在運行時對程序自身信息進行檢測，還要求程序能進一步根據這些信息改變程序狀態或結構。

從上面描述來看，反射和RTTI確實很像，但我更傾向於將RTTI認爲是反射的子集，反射包含的範圍應該更廣，不只能夠動態的轉換類型，還能夠在運行時對對象的行爲（方法），狀態（字段）作訪問、修改等操做。

之因此要談到RTTI，是由於若是僅僅經過《Java編程思想》瞭解反射，可能會對做者的意思理解不深入，會認爲反射等同於C++ 的RTTI。（我當初就是這樣）

2 Java反射

具體到Java中的反射，能夠這樣解釋：Java反射機制讓咱們能夠在運行時訪問任何一個類的元信息，包括其接口，父類，字段，方法等。JDK還提供了API讓咱們能夠方便使用反射機制，這些API都在java.lang.reflect包下，這些API包括Method，Field，Array等。不誇張的說，熟悉反射真的能夠在Java世界裏「隨心所欲」，不少框架很是依賴反射技術，例如Spring，MyBaties等，Spring會在運行時獲取類、方法、字段上的註解信息，而後對其作對應的處理。

2.1 類對象

類對象即Class對象，全部的類都有一個Class對象引用，該引用指向方法區中對應類的類信息，該引用在虛擬機規範中是有規定的，因此不管哪一種虛擬機實現都必定會有這麼一個Class對象引用，甚至基本類型都會有。例如：

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        //直接使用類型名.class的方式獲取
        Class<?> intClass = int.class;
        Class<?> userClass = User.class;
        User user = new User();
        //使用對象引用.getClass()的方式獲取
        Class<?> userClass2 = user.getClass();
        //對於基本類型，名字就是類型名，例如int類型的name就是int
        System.out.println(intClass.getName());
        //對於類來講，名字是全限定類名
        System.out.println(userClass.getName());
        System.out.println(userClass2.getName());

        //simpleName是將包的信息略掉，只有類名
        System.out.println(userClass.getSimpleName());
    }
}
複製代碼

上面代碼用兩種方式獲取類對象，一種是直接使用類型名.class，一種是使用對象引用調用getClass()方法，基本類型只能使用第一種方法，引用類型兩種方法均可以使用，拿到類對象的引用以後就能夠「隨心所欲」了！能夠獲取到該類有幾個方法，分別是什麼方法，其方法簽名是怎樣的等等信息，下面的代碼演示了反射的簡單使用：

2.2 對字段進行操做

Field類有各類對字段進行操做的API，而獲取Field對象則須要先獲取類對象，而後經過調用getDeclaredFields()或者getFields()來獲取Field數組，其中getDeclaredFields()方法會包括私有字段，而getFields()不包括，還能夠經過調用getField(String)或者getDeclaredField(String)方法來獲取指定名字的字段，若是找不到就會拋出NoSuchFieldException異常。下面的代碼演示瞭如何操做字段：

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, NoSuchFieldException {
        User user = new User();
        Class<?> userClass = user.getClass();

        //獲取字段
        Field[] fields = userClass.getDeclaredFields();
        for (Field field : fields) {
            System.out.println("field Type is " + field.getType().getName() + " ---- field name is " + field.getName());
        }
        System.out.println("before set field value : " + user.getId());
        Field field = userClass.getDeclaredField("id");
        field.setAccessible(true);
        field.set(user, 314L);
        System.out.println("after set filed value : " + user.getId());
    }
}
複製代碼

代碼中先獲取了字段數組，該數組包含了該類聲明的全部字段，經過Field對象，咱們能夠獲取對象名字，類型，甚至該字段在某個對象中的值。以後經過getDeclaredField("id")獲取了名爲id的的字段，並設置其可訪問性爲true，若是該字段是私有字段，不設置訪問性爲true的話，將沒法訪問該字段，緊接着使用set方法設置該字段的值，set方法有兩個參數，第一個參數是要做用的對象實例，第二個參數是字段的值，下面是該程序運行的結果：

field Type is java.lang.Long ---- field name is id
field Type is java.lang.String ---- field name is username
field Type is java.lang.String ---- field name is password
before set field value : null
after set filed value : 314
複製代碼

除此以外，還能夠獲取字段的註解、其父類等信息，Spring 框架的IOC容器有自動裝配的功能，能夠自動對字段進行賦值，該功能的實現原理就是依賴反射，運行時獲取字段的類型信息，註解信息（用來判斷是否要進行自動裝配），而後在容器中查找該類的實例，查到就直接對其賦值，查不到就拋出異常。

2.3 對方法進行操做

Method類也有不少對方法進行操做的API，不過大多數都是獲取方法的信息，例如方法的返回值，參數列表，參數個數，方法名等，幾乎沒有修改方法的API。其API的命名和Filed的極爲類似，能夠說是用的同一種命名模式。下面的代碼演示瞭如何對方法進行操做：

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {
        User user = new User();
        Class<?> userClass = user.getClass();

        //獲取方法
        Method[] methods = userClass.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println("method return type is " + method.getReturnType());
            System.out.println("method name is " + method.getName());
            System.out.println("method params count " + method.getParameterCount());
            Parameter[] parameters = method.getParameters();
            for (Parameter parameter : parameters) {
                System.out.println("param type is " + parameter.getType());
                System.out.println("param name is " + parameter.getName());
            }
            System.out.println("----------------------------------------");
        }
        Method testMethod1 = userClass.getMethod("testMethod1", int.class, int.class);
        testMethod1.setAccessible(true);
        testMethod1.invoke(user, 1,1);  //調用該方法

    }
}
複製代碼

和Filed同樣，先經過getDeclaredMethods()獲取全部方法，每一個方法都是一個Method對象實例，這只是JDK API對其進行的抽象，實際上在虛擬機中並無那麼簡單，而後經過各類API來獲取信息，在代碼中獲取了方法的返回值，名字，參數各類以及其參數列表，同時遍歷了其參數列表。最後經過getMethod()指定相關參數獲取了指定的方法對象實例，getMethod()的第一個參數是方法名，第二個參數是幾個可變參數，表示參數的類對象，我定義的testMethod1只有兩個int參數，因此這裏傳入了兩個int.class對象，若是沒有找到對應的方法，就拋出NoSuchMethodException異常。

隨後將其設置成可訪問的，並使用invoke調用該方法，invoke的第一個參數是要做用的對象實例，第二個參數也是一個可變參數，須要傳入的是參數的值。最後將程序運行，大體能夠看到以下輸出：

....
method type is void
method name is setPassword
method params count 1
param type is class java.lang.String
param name is arg0
----------------------------------------
method type is void
method name is testMethod1
method params count 2
param type is int
param name is arg0
param type is int
param name is arg1
----------------------------------------
....
複製代碼

其實還有更多，我這裏只是截取了部分。輸出大部份內容符合咱們預期，但參數名輸出的東西是什麼鬼？arg0、arg1是個什麼東西？

咱們一直在說反射是運行時的一種機制，即操做的對象是編譯後的字節碼，java8以前方法的參數名在編譯以後會被相似arg0，arg1代替，java8以後提供了一個-parameters 編譯選項，該選擇默認是關閉的，指定以後纔會打開，打開狀況下，編譯後的字節碼就會使用源碼的參數名稱了。那在此以前，有什麼辦法運行時獲取字段名稱呢？答案是使用ASM等字節碼技術，關於該技術的使用，本文不會涉及，有興趣的朋友能夠到網上搜索相關資料。

3 小結

反射也是一項博大精深的技術，本文僅僅是簡單的介紹了反射的簡單使用，關於其更多的使用其實和操做字段、方法差很少，一通百通便可，實在不行再看看JDK文檔就確定會了。關於其原理，本文沒涉及，緣由是若是讀者對虛擬機有必定了解的話，不難猜到其原理，其實這些什麼字段、方法、註解、接口等信息在類加載完成以後會被存儲在方法區裏，同時還留了一個Class對象的引用用於訪問這些信息。

不少框架都或多或少的使用到反射，實在是由於反射很是適合作這種「幕後」的事。最後，學好反射真的能夠在Java世界裏「隨心所欲」。