java反射机制

摘要

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cloneable），也包括fields和methods的所有信息，并可于运行时改变fields内容或唤起methods。本文借由实例，大面积示范reflection apis。

关于本文：

读者基础：具备java 语言基础。

本文适用工具：jdk1.5

关键词：

introspection（内省、内观）

reflection（反射）

有时候我们说某个语言具有很强的动态性，有时候我们会区分动态和静态的不同技术与作法。我们朗朗上口动态绑定（dynamic binding）、动态链接（dynamic linking）、动态加载（dynamic loading）等。然而“动态”一词其实没有绝对而普遍适用的严格定义，有时候甚至像对象导向当初被导入编程领域一样，一人一把号，各吹各的调。

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”。从这个观点看，perl，python，ruby是动态语言，c++，java，c#不是动态语言。

尽管在这样的定义与分类下java不是动态语言，它却有着一个非常突出的动态相关机制：reflection。这个字的意思是“反射、映象、倒影”，用在java身上指的是我们可以于运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。换句话说，java程序可以加载一个运行时才得知名称的class，获悉其完整构造（但不包括methods定义），并生成其对象实体、或对其fields设值、或唤起其methods¹。这种“看透class”的能力（the ability of the program to examine itself）被称为introspection（内省、内观、反省）。reflection和introspection是常被并提的两个术语。

java如何能够做出上述的动态特性呢？这是一个深远话题，本文对此只简单介绍一些概念。整个篇幅最主要还是介绍reflection apis，也就是让读者知道如何探索class的结构、如何对某个“运行时才获知名称的class”生成一份实体、为其fields设值、调用其methods。本文将谈到java.lang.class，以及java.lang.reflect中的method、field、constructor等等classes。

“class”class

众所周知java有个object class，是所有java classes的继承根源，其内声明了数个应该在所有java class中被改写的methods：hashcode()、equals()、clone()、tostring()、getclass()等。其中getclass()返回一个class object。

class class十分特殊。它和一般classes一样继承自object，其实体用以表达java程序运行时的classes和interfaces，也用来表达enum、array、primitive java types（boolean, byte, char, short, int, long, float, double）以及关键词void。当一个class被加载，或当加载器（class loader）的defineclass()被jvm调用，jvm 便自动产生一个class object。如果您想借由“修改java标准库源码”来观察class object的实际生成时机（例如在class的constructor内添加一个println()），不能够！因为class并没有public constructor（见图1）。本文最后我会拨一小块篇幅顺带谈谈java标准库源码的改动办法。

class是reflection故事起源。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。这些apis将在稍后的探险活动中一一亮相。

#001 public final

#002 class class<t> implements java.io.serializable,

#003 java.lang.reflect.genericdeclaration,

#004 java.lang.reflect.type,

#005 java.lang.reflect.annotatedelement {

#006    private class() {}

#007    public string tostring() {

#008        return ( isinterface() ? "interface " :

#009        (isprimitive() ? "" : "class "))

#010    + getname();

#011 }

...

图1：class class片段。注意它的private empty ctor，意指不允许任何人经由编程方式产生class object。是的，其object 只能由jvm 产生。

“class” object的取得途径

java允许我们从多种管道为一个class生成对应的class object。图2是一份整理。

图2：java 允许多种管道生成class object。

java classes 组成分析

首先容我以图3的java.util.linkedlist为例，将java class的定义大卸八块，每一块分别对应图4所示的reflection api。图5则是“获得class各区块信息”的程序示例及执行结果，它们都取自本文示例程序的对应片段。

package java.util;                      //(1)

import java.lang.*;                     //(2)

public class linkedlist<e>              //(3)(4)(5)

extends abstractsequentiallist<e>       //(6)

implements list<e>, queue<e>,

cloneable, java.io.serializable         //(7)

{

private static class entry<e> { … }//(8)

public linkedlist() { … }           //(9)

public linkedlist(collection<? extends e> c) { … }

public e getfirst() { … }           //(10)

public e getlast() { … }

private transient entry<e> header = …;  //(11)

private transient int size = 0;

}

图3：将一个java class 大卸八块，每块相应于一个或一组reflection apis（图4）。

java classes 各成份所对应的reflection apis

图3的各个java class成份，分别对应于图4的reflection api，其中出现的package、method、constructor、field等等classes，都定义于java.lang.reflect。

图4：java class大卸八块后（如图3），每一块所对应的reflection api。本表并非

reflection apis 的全部。

java reflection api 运用示例

图5示范图4提过的每一个reflection api，及其执行结果。程序中出现的tname()是个辅助函数，可将其第一自变量所代表的“java class完整路径字符串”剥除路径部分，留下class名称，储存到第二自变量所代表的一个hashtable去并返回（如果第二自变量为null，就不储存而只是返回）。

#001 class c = null;

#002 c = class.forname(args[0]);

#003

#004 package p;

#005 p = c.getpackage();

#006

#007 if (p != null)

#008    system.out.println("package "+p.getname()+";");

执行结果（例）：

package java.util;

图5-1：找出class 隶属的package。其中的c将继续沿用于以下各程序片段。

#001 ff = c.getdeclaredfields();

#002 for (int i = 0; i < ff.length; i++)

#003    x = tname(ff[i].gettype().getname(), classref);

#004

#005 cn = c.getdeclaredconstructors();

#006 for (int i = 0; i < cn.length; i++) {

#007    class cx[] = cn[i].getparametertypes();

#008    for (int j = 0; j < cx.length; j++)

#009        x = tname(cx[j].getname(), classref);

#010 }

#011

#012 mm = c.getdeclaredmethods();