分类: Java
2008-04-05 11:16:32
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。
Java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
#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。
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
implements List
Cloneable, java.io.Serializable //(7)
{
private static class Entry
public LinkedList() { … } //(9)
public LinkedList(Collection extends E> c) { … }
public E getFirst() { … } //(10)
public E getLast() { … }
private transient Entry
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 |
(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。