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前言
并不是所有的Class都能在编译时明确,因此在某些情况下需要在运行时再发现和确定类型信息(比如:基于构建编程,),这就是RTTI(Runtime Type Information,运行时类型信息)。
在java中,有两种RTTI的方式,一种是传统的,即假设在编译时已经知道了所有的类型;还有一种,是利用反射机制,在运行时再尝试确定类型信息。
本文主要讲反射方式实现的RTTI,建议在阅读本文之前,先了解类的加载机制(参考我的博客:Java系列笔记(1) - Java 类加载与初始化)。
在本文中,将共同使用下面的玩具类Toy,该类中定义了公有、私有方法,变量,构造方法,父类、父接口等:
package myblog.rtti; /** * @project MyBlog * @create 2013年6月28日 下午4:42:46 * @version 1.0.0 * @author 张广 */ public interface IToy { public String playToy(String player) throws Exception; }
package myblog.rtti; public class AbstractToy implements IToy { @Override public String playToy(String player) throws Exception { System.out.println(player + " plays abstract toy"); return ""; } }
package myblog.rtti; public class Toy extends AbstractToy { private String name; public String color; protected int size; public static final int price = 10; static { System.out.println("Loading"); } public Toy() {// 构造方法一定要声明为public类型,不然用getConstructors无法得到 System.out.println("Initialing"); setName("myToy"); color = "red"; size = 5; } public Toy(String name, String color, int size) { this.setName(name); this.color = color; this.size = size; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } @Override public String playToy(String player) throws Exception { String msg = buildMsg(player); System.out.println(msg); return msg; } private String buildMsg(String player) { String msg = player + " plays " + name; return msg; } }
传统的RTTI
严格的说,反射也是一种形式的RTTI,不过,一般的文档资料中把RTTI和反射分开,因为一般的,大家认为RTTI指的是传统的RTTI,通过继承和多态来实现,在运行时通过调用超类的方法来实现具体的功能(超类会自动实例化为子类,或使用instance of)。
传统的RTTI有3种实现方式:
- 向上转型或向下转型(upcasting and downcasting),在java中,向下转型(父类转成子类)需要强制类型转换
- Class对象(用了Class对象,不代表就是反射,如果只是用Class对象cast成指定的类,那就还是传统的RTTI)
- instanceof或isInstance()
传统的RTTI与反射最主要的区别,在于RTTI在编译期需要.class文件,而反射不需要。传统的RTTI使用转型或Instance形式实现,但都需要指定要转型的类型,比如:
public void rtti(Object obj){ Toy toy = Toy(obj); // Toy toy = Class.forName("myblog.rtti.Toy") // obj instanceof Toy }
注意其中的obj虽然是被转型了,但在编译期,就需要知道要转成的类型Toy,也就是需要Toy的.class文件。
相对的,反射完全在运行时在通过Class类来确定类型,不需要提前加载Toy的.class文件。
反射
那到底什么是反射(Reflection)呢?反射有时候也被称为内省(Introspection),事实上,反射,就是一种内省的方式,Java不允许在运行时改变程序结构或类型变量的结构,但它允许在运行时去探知、加载、调用在编译期完全未知的class,可以在运行时加载该class,生成实例对象(instance object),调用method,或对field赋值。这种类似于“看透”了class的特性被称为反射(Reflection),我们可以将反射直接理解为:可以看到自己在水中的倒影,这种操作与直接操作源代码效果相同,但灵活性高得多。
关于Java的反射API,没必要去记忆,可以在任何JDK API中查询即可:
Class类:http://www.ostools.net/uploads/apidocs/jdk-zh/java/lang/Class.html
reflect包:http://www.ostools.net/uploads/apidocs/jdk-zh/java/lang/reflect/package-summary.html
反射的实现方式
package myblog.rtti; import java.lang.reflect.Array; import java.lang.reflect.Constructor; import java.lang.reflect.Field; import java.lang.reflect.InvocationTargetException; import java.lang.reflect.Method; import java.lang.reflect.Modifier; /** * @project MyBlog * @create 2013年6月28日 下午3:00:33 * @version 1.0.0 * @author 张广 */ public class ToyReflection { public static void printInfo(String info, Object obj) { if (obj.getClass().isArray()) { System.out.println(info + ": "); int length = Array.getLength(obj); System.out.println("Array Size: " + length); for (int i = 0; i < length; i++) { System.out.print("Array[" + i + "]: " + Array.get(obj, i) + ", "); } if (length != 0) System.out.println(); } System.out.println(info + ": " + obj.toString()); } public static void main(String[] args) { try { // 获得类对象 Class<?> c = Class.forName("myblog.rtti.Toy"); printInfo("获得类对象", c); // 获得超类 Class<?> superClass = c.getSuperclass(); printInfo("获得超类", superClass); // 获得所有父接口 Class<?>[] interfaces = c.getInterfaces(); printInfo("获得所有父接口", interfaces); // 实例化 Toy toy = (Toy) c.newInstance(); printInfo("实例化", toy); // 获得访问属性为public的构造方法 Constructor<?>[] constructors = c.getConstructors(); printInfo("获得构造方法", constructors); // 获得指定参数的构造方法 Constructor<?> constructor = c.getDeclaredConstructor(String.class, String.class, int.class); printInfo("获得指定构造方法", constructor); // 获得方法,getMethod只能获得public方法,包括父类和接口继承的方法 Method method = c.getMethod("playToy", String.class); printInfo("获得公有方法", method); // 调用方法 method.invoke(toy, "张三"); // 获得修饰符,包括private/public/protect,static String modifier = Modifier.toString(method.getModifiers()); printInfo("获得修饰符", modifier); // 获得参数类型 Class<?>[] paramTypes = method.getParameterTypes(); printInfo("获得参数类型", paramTypes); // 获得返回值类型 Class<?> returnType = method.getReturnType(); printInfo("获得返回值类型", returnType); // 获得异常类型 Class<?>[] excepTypes = method.getExceptionTypes(); printInfo("获得异常类型", excepTypes); // 调用私有方法,getDeclaredMethod获得类自身的方法,包括public,protect,private方法 Method method2 = c.getDeclaredMethod("buildMsg", String.class); method2.setAccessible(true); String result = (String) method2.invoke(toy, "李四"); printInfo("获得私有方法", result); // 获得全部属性 Field[] fields = c.getFields(); printInfo("获得全部属性", fields); // 获得类自身定义的指定属性 Field field = c.getDeclaredField("name"); printInfo("获得自身属性", field); // 获得类及其父类,父接口定义的public属性 Field field2 = c.getField("color"); printInfo("获得公有属性", field2); // 获得权限修饰符,包括private/public/protect,static,final String fieldModifier = Modifier.toString(field.getModifiers()); printInfo("获得权限修饰符", fieldModifier); // 操作数组 int[] exampleArray = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // 获得数组类型 Class<?> componentType = exampleArray.getClass().getComponentType(); printInfo("数组类型", componentType.getName()); // 获得长度 printInfo("数组长度", Array.getLength(exampleArray)); // 获得指定元素 printInfo("获得数组元素", Array.get(exampleArray, 2)); // 修改指定元素 Array.set(exampleArray, 2, 6); printInfo("修改数组元素", exampleArray); // 获得当前的类加载器 printInfo("获得当前类加载器", toy.getClass().getClassLoader().getClass().getName()); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (InstantiationException e) { e.printStackTrace(); } catch (IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); } catch (SecurityException e) { e.printStackTrace(); } catch (NoSuchMethodException e) { e.printStackTrace(); } catch (IllegalArgumentException e) { e.printStackTrace(); } catch (InvocationTargetException e) { e.printStackTrace(); } catch (NoSuchFieldException e) { e.printStackTrace(); } } }
通过上面的代码,可以清晰的理解如何“在水中看到自己”,不过需要注意的有几点:
1,在java的反射机制中,getDeclaredMethod得到的是全部方法,getMethod得到的是公有方法;
2,反射机制的setAccessible可能会破坏封装性,可以任意访问私有方法和私有变量;
3,setAccessible并不是将private改为public,事实上,public方法的accessible属性也是false的,setAccessible只是取消了安全访问控制检查,所以通过设置setAccessible,可以跳过访问控制检查,执行的效率也比较高。参考:http://blog.csdn.net/devilkin64/article/details/7766792
反射的性能
反射机制给予Java开发很大的灵活性,但反射机制本身也有缺点,代表性的缺陷就是反射的性能,一般来说,通过反射调用方法的效率比直接调用的效率要至少慢一倍以上。
关于性能的问题,可以参考这篇博客http://blog.csdn.net/l_serein/article/details/6219897
反射与设计模式
反射的一个很重要的作用,就是在设计模式中的应用,包括在工厂模式和代理模式中的应用。关于这一方面,我会在后续的文章中介绍,有兴趣的朋友也先可以参考这篇文章http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/09/02/2163758.html中关于动态代理模式实现方法的文章。
参考资料
JAVA编程思想,第14章
Java-RTTI与反射机制--详细:http://blog.csdn.net/dahaizisheng/article/details/1762327
Java反射详解:http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/09/02/2163758.html
RTTI和反射机制:http://blog.sina.com.cn/s/blog_5ea2d6840100v9bu.html
Java中的RTTI和反射机制:http://blog.csdn.net/a81895898/article/details/8457623
Java反射性能测试:http://blog.csdn.net/l_serein/article/details/6219897