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摘要<o:p></o:p>
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。<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
关于本文:<o:p></o:p>
读者基础:具备Java 语言基础。<o:p></o:p>
本文适用工具:JDK1.5<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
关键词:<o:p></o:p>
Introspection(内省、内观)<o:p></o:p>
Reflection(反射)<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
<o:p> </o:p>
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。<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
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。<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
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。<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
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。<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
“Class”class<o:p></o:p>
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。<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
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。<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
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。<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
#001 public final<o:p></o:p>
#002 class Class<T> implements java.io.Serializable,<o:p></o:p>
#003 java.lang.reflect.GenericDeclaration,<o:p></o:p>
#004 java.lang.reflect.Type,<o:p></o:p>
#005 java.lang.reflect.AnnotatedElement {<o:p></o:p>
#006 private Class() {}<o:p></o:p>
#007 public String toString() {<o:p></o:p>
#008 return ( isInterface() ? "interface " :<o:p></o:p>
#009 (isPrimitive() ? "" : "class "))<o:p></o:p>
#010 + getName();<o:p></o:p>
#011 }<o:p></o:p>
...<o:p></o:p>
图1:Class
评论
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。
Class object 诞生管道
示例
运用getClass()
注:每个class 都有此函数
String str = "abc";
Class c1 = str.getClass();
运用
Class.getSuperclass()2
Button b = new Button();
Class c1 = b.getClass();
Class c2 = c1.getSuperclass();
运用static method
Class.forName()
(最常被使用)
Class c1 = Class.forName ("java.lang.String");
Class c2 = Class.forName ("java.awt.Button");
Class c3 = Class.forName ("java.util.LinkedList$Entry");
Class c4 = Class.forName ("I");
Class c5 = Class.forName ("[I");
运用
.class 语法
Class c1 = String.class;
Class c2 = java.awt.Button.class;
Class c3 = Main.InnerClass.class;
Class c4 = int.class;
Class c5 = int[].class;
运用
primitive wrapper classes
的TYPE 语法
Class c1 = Boolean.TYPE;
Class c2 = Byte.TYPE;
Class c3 = Character.TYPE;
Class c4 = Short.TYPE;
Class c5 = Integer.TYPE;
Class c6 = Long.TYPE;
Class c7 = Float.TYPE;
Class c8 = Double.TYPE;
Class c9 = Void.TYPE;
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。
Java class 内部模块(参见图3)
Java class 内部模块说明
相应之Reflection API,多半为Class methods。
返回值类型(return type)
(1) package
class隶属哪个package
getPackage()
Package
(2) import
class导入哪些classes
无直接对应之API。
解决办法见图5-2。
(3) modifier
class(或methods, fields)的属性
int getModifiers()
Modifier.toString(int)
Modifier.isInterface(int)
int
String
bool
(4) class name or interface name
class/interface
名称getName()
String
(5) type parameters
参数化类型的名称
getTypeParameters()
TypeVariable <Class>[]
(6) base class
base class(只可能一个)
getSuperClass()
Class
(7) implemented interfaces
实现有哪些interfaces
getInterfaces()
Class[]
(8) inner classes
内部classes
getDeclaredClasses()
Class[]
(8') outer class
如果我们观察的class 本身是inner classes,那么相对它就会有个outer class。
getDeclaringClass()
Class
(9) constructors
构造函数getDeclaredConstructors()
不论 public 或private 或其它access level,皆可获得。另有功能近似之取得函数。
Constructor[]
(10) methods
操作函数getDeclaredMethods()
不论 public 或private 或其它access level,皆可获得。另有功能近似之取得函数。
Method[]
(11) fields
字段(成员变量)
getDeclaredFields()不论 public 或private 或其它access level,皆可获得。另有功能近似之取得函数。
Field[]
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。
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