Java系列笔记(2) - Java RTTI和反射机制

本文内容纲要：

目录

前言 传统的RTTI 反射 反射的实现方式 反射的性能 反射与设计模式

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（RuntimeTypeInformation，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：

packagemyblog.rtti; /** *@projectMyBlog *@create2013年6月28日下午4:42:46 *@version1.0.0 *@author张广 */ publicinterfaceIToy{ publicStringplayToy(Stringplayer)throwsException; } packagemyblog.rtti; publicclassAbstractToyimplementsIToy{ @Override publicStringplayToy(Stringplayer)throwsException{ System.out.println(player+"playsabstracttoy"); return""; } } packagemyblog.rtti; publicclassToyextendsAbstractToy{ privateStringname; publicStringcolor; protectedintsize; publicstaticfinalintprice=10; static{ System.out.println("Loading"); } publicToy(){//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; } publicToy(Stringname,Stringcolor,intsize){ this.setName(name); this.color=color; this.size=size; } publicStringgetName(){ returnname; } publicvoidsetName(Stringname){ this.name=name; } @Override publicStringplayToy(Stringplayer)throwsException{ Stringmsg=buildMsg(player); System.out.println(msg); returnmsg; } privateStringbuildMsg(Stringplayer){ Stringmsg=player+"plays"+name; returnmsg; } }

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instanceof）。

传统的RTTI有3种实现方式：

向上转型或向下转型（upcastinganddowncasting），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：

publicvoidrtti(Objectobj){ Toytoy=Toy(obj); //Toytoy=Class.forName("myblog.rtti.Toy") //objinstanceofToy }

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（instanceobject），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JDKAPI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

packagemyblog.rtti; importjava.lang.reflect.Array; importjava.lang.reflect.Constructor; importjava.lang.reflect.Field; importjava.lang.reflect.InvocationTargetException; importjava.lang.reflect.Method; importjava.lang.reflect.Modifier; /** *@projectMyBlog *@create2013年6月28日下午3:00:33 *@version1.0.0 *@author张广 */ publicclassToyReflection{ publicstaticvoidprintInfo(Stringinfo,Objectobj){ if(obj.getClass().isArray()){ System.out.println(info+":"); intlength=Array.getLength(obj); System.out.println("ArraySize:"+length); for(inti=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()); } publicstaticvoidmain(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 Toytoy=(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 Methodmethod=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 Stringmodifier=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 Methodmethod2=c.getDeclaredMethod("buildMsg",String.class); method2.setAccessible(true); Stringresult=(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 Fieldfield=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 Fieldfield2=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 StringfieldModifier=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(ClassNotFoundExceptione){ e.printStackTrace(); }catch(InstantiationExceptione){ e.printStackTrace(); }catch(IllegalAccessExceptione){ e.printStackTrace(); }catch(SecurityExceptione){ e.printStackTrace(); }catch(NoSuchMethodExceptione){ e.printStackTrace(); }catch(IllegalArgumentExceptione){ e.printStackTrace(); }catch(InvocationTargetExceptione){ e.printStackTrace(); }catch(NoSuchFieldExceptione){ 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

本文内容总结：

原文链接：https://www.cnblogs.com/zhguang/p/3091378.html