java反射機制

摘要

Reflection 是Java被視為動態（或準動態）語言的一個要害性質。這個機制答應程序在運行時透過Reflection APIs取得任何一個已知名稱的class的內部信息，包括其modifiers（諸如public, static 等等）、superclass（例如Object）、實現之interfaces（例如Cloneable），也包括fields和methods的所有信息，并可于運行時改變fields內容或喚起methods。本文借由實例，大面積示范Reflection APIs。

關于本文：

讀者基礎：具備Java 語言基礎。

本文適用工具：JDK1.5

要害詞：

Introspection（內省、內觀）

Reflection（反射）

有時候我們說某個語言具有很強的動態性，有時候我們會區分動態和靜態的不同技術與作法。我們朗朗上口動態綁定（dynamic binding）、動態鏈接（dynamic linking）、動態加載（dynamic loading）等。然而“動態”一詞其實沒有絕對而普遍適用的嚴格定義，有時候甚至像對象導向當初被導入編程領域一樣，一人一把號，各吹各的調。

一般而言，開發者社群說到動態語言，大致認同的一個定義是：“程序運行時，答應改變程序結構或變量類型，這種語言稱為動態語言”。從這個觀點看，Perl，Python，Ruby是動態語言，C++，Java，C#不是動態語言。

盡管在這樣的定義與分類下Java不是動態語言，它卻有著一個非常突出的動態相關機制：Reflection。這個字的意思是“反射、映象、倒影”，用在Java身上指的是我們可以于運行時加載、探知、使用編譯期間完全未知的classes。換句話說，Java程序可以加載一個運行時才得知名稱的class，獲悉其完整構造（但不包括methods定義），并生成其對象實體、或對其fields設值、或喚起其methods¹。這種“看透class”的能力（the ability of the PRogram to examine itself）被稱為introspection（內省、內觀、反省）。Reflection和introspection是常被并提的兩個術語。

Java如何能夠做出上述的動態特性呢？這是一個深遠話題，本文對此只簡單介紹一些概念。整個篇幅最主要還是介紹Reflection APIs，也就是讓讀者知道如何探索class的結構、如何對某個“運行時才獲知名稱的class”生成一份實體、為其fields設值、調用其methods。本文將談到java.lang.Class，以及java.lang.reflect中的Method、Field、ConstrUCtor等等classes。

“Class”class

眾所周知Java有個Object class，是所有Java classes的繼續根源，其內聲明了數個應該在所有Java class中被改寫的methods：hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中getClass()返回一個Class object。

Class class十分非凡。它和一般classes一樣繼續自Object，其實體用以表達Java程序運行時的classes和interfaces，也用來表達enum、array、primitive Java types（boolean, byte, char, short, int, long, float, double）以及要害詞void。當一個class被加載，或當加載器（class loader）的defineClass()被JVM調用，JVM 便自動產生一個Class object。假如您想借由“修改Java標準庫源碼”來觀察Class object的實際生成時機（例如在Class的constructor內添加一個println()），不能夠！因為Class并沒有public constructor（見圖1）。本文最后我會撥一小塊篇幅順帶談談Java標準庫源碼的改動辦法。

Class是Reflection故事起源。針對任何您想探勘的class，唯有先為它產生一個Class object，接下來才能經由后者喚起為數十多個的Reflection APIs。這些APIs將在稍后的探險活動中一一亮相。

#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 }

...

圖1：Class class片段。注重它的private empty ctor，意指不答應任何人經由編程方式產生Class object。是的，其object 只能由JVM 產生。

“Class” object的取得途徑

Java答應我們從多種管道為一個class生成對應的Class object。圖2是一份整理。