Java中的反射

什么是反射

Java 反射是可以讓我們在運行時獲取類的函數、屬性、父類、接口等 Class 內部信息的機制。

能做什么

反射可以訪問或者修改程序的運行時行為

通過反射還可以讓我們在運行期實例化對象，調用方法，通過調用 get/set 方法獲取變量的值，即使方法或屬性是私有的的也可以通過反射的形式調用，這種“看透 class”的能力被稱為內省，這種能力在框架開發中尤為重要。有些情況下，我們要使用的類在運行時才會確定，這個時候我們不能在編譯期就使用它，因此只能通過反射的形式來使用在運行時才存在的類(該類符合某種特定的規范，例如 JDBC)，這是反射用得比較多的場景。

還有一個比較常見的場景就是編譯時我們對于類的內部信息不可知，必須得到運行時才能獲取類的具體信息。比如 ORM 框架，在運行時才能夠獲取類中的各個屬性，然后通過反射的形式獲取其屬性名和值，存入數據庫。這也是反射比較經典應用場景之一。

核心API

java.lang.Class.java：類本身
java.lang.reflect.Constructor.java：類的構造器
java.lang.reflect.Method.java：類的方法
java.lang.reflect.Field.java：類的屬性

例子

為了說明方便，先寫了幾個類

Person類

public class Person {

    String name;
    String sex;
    public int age;
    
    public Person(String name, String sex, int age) {
        this.name = name;
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getSex() {
        return sex;
    }

    public void setSex(String sex) {
        this.sex = sex;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    
    private String getDescription() {
        return "黃種人";
    }
}

ICompany接口

public interface ICompany {

    String getCompany();
    boolean isTopCompany();
}

繼承 Person 實現 ICompany 接口的 ProgrameMonkey 類

public class ProgrameMonkey extends Person implements ICompany {
    
    private String language = "C#";
    private String company = "BBK";

    public ProgrameMonkey(String name, String sex, int age) {
        super(name, sex, age);
    }
    
    public ProgrameMonkey(String name, String sex, int age, String language, String company) {
        super(name, sex, age);
        this.language = language;
        this.company = company;
    }

    public String getLanguage() {
        return language;
    }

    public void setLanguage(String language) {
        this.language = language;
    }

    public void setCompany(String company) {
        this.company = company;
    }
    
    private int getSalaryPerMonth() {
        return 123456;
    }

    @Override
    public String getCompany() {
        return company;
    }

    @Override
    public boolean isTopCompany() {
        return true;
    }
}

Class

三種獲取類信息的方式

通過 類名.class 的方式

Class<?> classObj = ProgrameMonkey.class;

通過調用 類的實例.getClass() 方法的方式

ProgrameMonkey programeMonkey = new ProgrameMonkey("小明", "男", 18);
Class<?> classObj = programeMonkey.getClass();

通過 Class.forName(完整類名) 的方式

Class<?> aClassObj = Class.forName("com.okada.reflect.ProgrameMonkey");

利用反射實例化一個對象

對于構造方式是私有的類要怎么實例化

獲取父類

Class<?> superclass = ProgrameMonkey.class.getSuperclass();
while (superclass != null) {
    System.out.println(superclass.getName());
    superclass = superclass.getSuperclass();
}

打印結果

com.okada.reflect.Person
java.lang.Object

獲取實現的接口

Class<?>[] interfaces = ProgrameMonkey.class.getInterfaces();
for (Class<?> itf : interfaces) {
    System.out.println(itf.getName());
}

打印結果

com.okada.reflect.ICompany

Constructor

獲取 public 修飾的構造器

根據參數列表，調用相應的構造器，實例化一個對象。注意一下，getConstructor() 獲取的是用 public 修飾的構造器

Constructor<ProgrameMonkey> constructor = ProgrameMonkey.class
    .getConstructor(String.class, String.class, int.class);
ProgrameMonkey programeMonkey = constructor.newInstance("小明", "男", 18);

獲取私有的構造器

如果構造器是私有的怎么辦？

Constructor<ProgrameMonkey> constructor = ProgrameMonkey.class
        .getDeclaredConstructor(String.class, String.class, int.class);
constructor.setAccessible(true);
ProgrameMonkey programeMonkey = constructor.newInstance("小明", "男", 18);
System.out.println(programeMonkey.getName());

要調用 getDeclaredConstructor(方法簽名定義) 來獲取 Constructor，同時還要調用 constructor.setAccessible(true)

Method

獲取類的方法

獲取當前類以及父類和接口的所有公開方法

Class<?> classObj = ProgrameMonkey.class;
Method[] methods = classObj.getMethods();

獲取當前類以及接口的所有公開方法

Class<?> classObj = ProgrameMonkey.class;
Method[] declaredMethods = classObj.getDeclaredMethods();

調用方法

觀察一下 ProgrameMonkey 類的定義。其中 setLanguage() 方法是這樣定義的

public class ProgrameMonkey extends Person implements ICompany {

    // ...
    
    public void setLanguage(String language) {
        this.language = language;
    }

    // ...
}

先傳入方法名和方法簽名，獲取到一個表示 setLanguage 方法的 Method 對象

Method setLanguageMethod = classObj.getMethod("setLanguage", String.class);

然后傳入 ProgrameMonkey 的實例和參數，得到運行結果。因為 setLanguage() 這個方法沒有返回值，所以 result 為 null

Object result = setLanguageMethod.invoke(classObj, "JavaScript");

運行 getLanguage() 方法，觀察一下是否真的改變了屬性的值

System.out.println(programeMonkey.getLanguage());

打印結果

JavaScript

可以看到，屬性 language 的值變了

調用私有方法

ProgrameMonkey 類有一個私有方法

public class ProgrameMonkey extends Person implements ICompany {

    // ...

    private int getSalaryPerMonth() {
        return 123456;
    }
    
    // ...
}

如果按照一般的寫法來寫

Method getSalaryPerMonthMethod = classObj.getMethod("getSalaryPerMonth");
Object result = getSalaryPerMonthMethod.invoke(classObj);

會拋出異常

java.lang.IllegalAccessException: Class com.okada.filemanager.ReflectDemo can not access a member of class com.okada.reflect.ProgrameMonkey with modifiers "private"
    at sun.reflect.Reflection.ensureMemberAccess(Unknown Source)
    at java.lang.reflect.AccessibleObject.slowCheckMemberAccess(Unknown Source)
    at java.lang.reflect.AccessibleObject.checkAccess(Unknown Source)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Unknown Source)
    at com.okada.reflect.ReflectDemo.main(ReflectDemo.java:13)

應該調用 getDeclaredMethod() 方法，否則會拋出 java.lang.NoSuchMethodException 異常。因為 getMethod() 獲取的是公開方法

Method getSalaryPerMonthMethod = programeMonkey.getClass().getDeclaredMethod("getSalaryPerMonth");

另外還要加一句話 getSalaryPerMonthMethod.setAccessible(true);

Method getSalaryPerMonthMethod = classObj.getMethod("getSalaryPerMonth");
getSalaryPerMonthMethod.setAccessible(true);
Object result = getSalaryPerMonthMethod.invoke(classObj);

獲取方法返回值類型

Class<?> returnType = getSalaryPerMonthMethod.getReturnType();

判斷訪問修飾符是否為 private

Modifier.isPrivate(getSalaryPerMonthMethod.getModifiers())

Field

獲取屬性

獲取所有當前類以及父類和接口中用 public 修飾的屬性

ProgrameMonkey programeMonkey = new ProgrameMonkey("小明", "男", 18);
Field[] fields = programeMonkey.getClass().getFields();
for (Field field : fields) {
    System.out.println(field.getName());
}

因為只有 age 屬性是用 public 修飾的，所以打印結果為

age

獲取當前類所有的屬性，不管是什么修飾符修飾的

ProgrameMonkey programeMonkey = new ProgrameMonkey("小明", "男", 18);
Field[] fields = programeMonkey.getClass().getDeclaredFields();
for (Field field : fields) {
    System.out.println(field.getName());
}

可以看到 ProgrameMonkey 用 private 修飾的屬性都拿到了

language
company

獲取屬性的值

ProgrameMonkey programeMonkey = new ProgrameMonkey("小明", "男", 18);
Field[] fields = programeMonkey.getClass().getDeclaredFields();
for (Field field : fields) {
    try {
        field.setAccessible(true); // 別忘了這句話
        System.out.println(field.get(programeMonkey));
    } catch (IllegalArgumentException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IllegalAccessException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

打印結果

C#
BBK

還可以獲取指定屬性的值

try {
    ProgrameMonkey programeMonkey = new ProgrameMonkey("小明", "男", 18);
    Field ageField = programeMonkey.getClass().getField("age");
    System.out.println(ageField.getInt(programeMonkey));
} catch (NoSuchFieldException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (SecurityException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IllegalArgumentException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
    e.printStackTrace();
}

打印結果

設置屬性值

try {
    ProgrameMonkey programeMonkey = new ProgrameMonkey("小明", "男", 18);
    Field ageField = programeMonkey.getClass().getField("age");
    
    System.out.println("before age=" + ageField.getInt(programeMonkey));
    ageField.setInt(programeMonkey, 10086);
    System.out.println("after age=" + ageField.getInt(programeMonkey));
} catch (NoSuchFieldException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (SecurityException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IllegalArgumentException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
    e.printStackTrace();
}

打印結果

before age=18
after age=10086

反射可以修改 final 修飾的常量的值嗎？

編譯器會對代碼進行優化

來看一個例子

public class Config {

    public final int CONSTANT_VARIABLE = 9527;
}

public class ReflectDemo {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(new Config().CONSTANT_VARIABLE);
    }
}

在編譯 .java 文件得到 .class 文件的過程中，編譯器會對代碼進行優化。

來實驗一下就知道了。首先使用 Eclipse 導出 jar 包，然后使用 jd-gui 工具打開可以看到反編譯之后得到的 .java 文件

public class Config
{
  public final int CONSTANT_VARIABLE = 9527;
}

public class ReflectDemo
{
  public static void main(String[] args)
  {
    new Config().getClass();System.out.println(9527);
  }
}

可以看到 System.out.println(Config.CONSTANT_VARIABLE); 被編譯器優化成了 System.out.println(9527);，Config 類沒有被引用到。這些都是編譯器對代碼進行優化的結果。

所以即使使用反射把 CONSTANT_VARIABLE 的值給改了，依然不能改變 System.out.println(9527); 的結果，這沒有意義。

如果我一定要改呢？

那只能修改源碼了，換一種代碼的寫法，不讓編譯器對代碼進行優化。剛才的寫法，常量是在聲明的時候同時賦值，現在改成常量在構造器里賦值

public class Config {

    public final int CONSTANT_VARIABLE;

    public Config() {
        CONSTANT_VARIABLE = 9527;
    }
}

public class ReflectDemo {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(new Config().CONSTANT_VARIABLE);
    }
}

反編譯之后的代碼

public class Config
{
  public final int CONSTANT_VARIABLE;
  
  public Config()
  {
    this.CONSTANT_VARIABLE = 9527;
  }
}

public class ReflectDemo {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(new Config().CONSTANT_VARIABLE);
    }
}

可以看到，編譯器沒有對這兩個類進行優化，因為根本無法優化?，F在使用反射來改變一下 CONSTANT_VARIABLE 的值

public class ReflectDemo {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Config cfg = new Config();
            Field finalField = cfg.getClass().getDeclaredField("CONSTANT_VARIABLE");
            finalField.setAccessible(true);
            System.out.println("before modify, CONSTANT_VARIABLE=" + finalField.getInt(cfg));
            finalField.setInt(cfg, 1234);
            System.out.println("after modify, CONSTANT_VARIABLE=" + finalField.getInt(cfg));
            System.out.println("actually, CONSTANT_VARIABLE=" + cfg.CONSTANT_VARIABLE);
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (SecurityException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

打印結果

before modify, CONSTANT_VARIABLE=9527
after modify, CONSTANT_VARIABLE=1234
actually, CONSTANT_VARIABLE=1234

可以看到，在修改之前，CONSTANT_VARIABLE 的值是 9527，接著使用反射把 CONSTANT_VARIABLE 的值改成 1234。最后調用 cfg.CONSTANT_VARIABLE 驗證一下，是否修改成功，發現修改成功了。

所以，如果要該常量的值，只能在代碼的寫法上進行變通，避免編譯器的優化。

開發中的實際應用

獲取注解信息

在 Android 應用開發的過程中，經常需要寫 findViewById()。這樣的重復工作可以交給注解來完成。

首先定義一個注解

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface InjectView {
    int value();
}

在 Activity 中使用注解

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @InjectView(R.id.tv)
    TextView mTextView;
}

然后在 onCreate() 方法中解析注解，去幫我們執行 findViewById 的操作

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @InjectView(R.id.tv)
    TextView mTextView;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        
        Views.inject(this);  // 解析注解
    }
}

解析注解的過程如下

public class Views {

    public static void inject(Activity activity) {
        Class<? extends Activity> activityClass = activity.getClass();
        Field[] fields = activityClass.getDeclaredFields();
        for (Field field : fields) {
            InjectView injectViewAnnotation = field.getAnnotation(InjectView.class);
            if (injectViewAnnotation != null) {
                View view = activity.findViewById(injectViewAnnotation.value());
                try {
                    field.setAccessible(true);
                    field.set(activity, view);
                } catch (IllegalAccessException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

利用反射，獲取實例的注解信息，然后獲取到注解的值，最后去調用 findViewById() 方法。

工作原理

當我們編寫完一個 Java 項目之后，所有的 Java 文件都會被編譯成一個.class 文件，這些 Class 對象承載了這個類型的父類、接口、構造函數、方法、屬性等原始信息，這些 class 文件在程序運行時會被 ClassLoader 加載到虛擬機中。當一個類被加載以后，Java 虛擬機就會在內存中自動產生一個 Class 對象。我們通過 new 的形式創建對象實際上就是通過這些 Class 來創建，只是這個過程對于我們是不透明的而已。

所以，只要拿到了 Class 對象，就可以做一系列的反射操作

參考資料

公共技術點之 Java 反射 Reflection
深入淺出反射
從Java反射機制到Android注解框架
Java 反射基礎（上）
Java 反射基礎（下）

最后編輯于：2017.12.06 04:57:14

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Java中的反射

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例子

Class

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利用反射實例化一個對象

獲取父類

獲取實現的接口

Constructor

獲取 public 修飾的構造器

獲取私有的構造器

Method

獲取類的方法

調用方法

調用私有方法

獲取方法返回值類型

判斷訪問修飾符是否為 private

Field

獲取屬性

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獲取私有的構造器

Method

獲取類的方法

調用方法

調用私有方法

獲取方法返回值類型

判斷訪問修飾符是否為 private

Field

獲取屬性

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