java新手入门：Java反射机制

jinlj · 发表于 2009-11-16 09:58:06

执行结果（例）：
public class LinkedList
图5-3：找出class或interface 的名称，及其属性（modifiers）。

#001 TypeVariable[] tv;
#002 tv = c.getTypeParameters(); //warning: unchecked conversion
#003 for (int i = 0; i < tv.length; i++) {
#004    x = tName(tv.getName(), null); //例如 E,K,V...
#005    if (i == 0) //第一个
#006       System.out.print("<" + x);
#007    else //非第一个
#008       System.out.print("," + x);
#009    if (i == tv.length-1) //最后一个
#010       System.out.println(">");
#011 }

执行结果（例）：
public abstract interface Map
或 public class LinkedList
图5-4：找出parameterized types 的名称

#001 Class supClass;
#002 supClass = c.getSuperclass();
#003 if (supClass != null) //如果有super class
#004    System.out.print(" extends" +
#005 tName(supClass.getName(),classRef));

执行结果（例）：
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList,
图5-5：找出base class。执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。此非本处重点，为简化计，不多做处理。

#001 Class cc[];
#002 Class ctmp;
#003 //找出所有被实现的interfaces
#004 cc = c.getInterfaces();
#005 if (cc.length != 0)
#006    System.out.print(", \r\n" + " implements "); //关键词
#007 for (Class cite : cc) //JDK1.5 新式循环写法
#008    System.out.print(tName(cite.getName(), null)+", ");

执行结果（例）：
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList,
implements List, Queue, Cloneable, Serializable,
图5-6：找出implemented interfaces。执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。此非本处重点，为简化计，不多做处理。

#001 cc = c.getDeclaredClasses(); //找出inner classes
#002 for (Class cite : cc)
#003    System.out.println(tName(cite.getName(), null));
#004
#005 ctmp = c.getDeclaringClass(); //找出outer classes
#006 if (ctmp != null)
#007    System.out.println(ctmp.getName());

执行结果（例）：
LinkedList$Entry
LinkedList$ListItr
图5-7：找出inner classes 和outer class

#001 Constructor cn[];
#002 cn = c.getDeclaredConstructors();
#003 for (int i = 0; i < cn.length; i++) {
#004    int md = cn.getModifiers();
#005    System.out.print(" " + Modifier.toString(md) + " " +
#006    cn.getName());
#007    Class cx[] = cn.getParameterTypes();
#008    System.out.print("(");
#009    for (int j = 0; j < cx.length; j++) {
#010       System.out.print(tName(cx[j].getName(), null));
#011       if (j < (cx.length - 1)) System.out.print(", ");
#012    }
#013    System.out.print(")");
#014 }

执行结果（例）：
public java.util.LinkedList(Collection)
public java.util.LinkedList()
图5-8a：找出所有constructors

#004 System.out.println(cn.toGenericString());

执行结果（例）：
public java.util.LinkedList(java.util.Collection)
public java.util.LinkedList()
图5-8b：找出所有constructors。本例在for 循环内使用toGenericString()，省事。

#001 Method mm[];
#002 mm = c.getDeclaredMethods();
#003 for (int i = 0; i < mm.length; i++) {
#004    int md = mm.getModifiers();
#005    System.out.print(" "+Modifier.toString(md)+" "+
#006    tName(mm.getReturnType().getName(), null)+" "+
#007    mm.getName());
#008    Class cx[] = mm.getParameterTypes();
#009    System.out.print("(");
#010    for (int j = 0; j < cx.length; j++) {
#011       System.out.print(tName(cx[j].getName(), null));
#012    if (j < (cx.length - 1)) System.out.print(", ");
#013    }
#014    System.out.print(")");
#015 }

执行结果（例）：
public Object get(int)
public int size()
图5-9a：找出所有methods

#004 System.out.println(mm.toGenericString());

public E java.util.LinkedList.get(int)
public int java.util.LinkedList.size()
图5-9b：找出所有methods。本例在for 循环内使用toGenericString()，省事。

#001 Field ff[];
#002 ff = c.getDeclaredFields();
#003 for (int i = 0; i < ff.length; i++) {
#004    int md = ff.getModifiers();
#005    System.out.println(" "+Modifier.toString(md)+" "+
#006    tName(ff.getType().getName(), null) +" "+
#007    ff.getName()+";");
#008 }

jinlj · 发表于 2009-11-16 09:58:21

执行结果（例）：
private transient LinkedList$Entry header;
private transient int size;
图5-10a：找出所有fields

#004 System.out.println("G: " + ff.toGenericString());

private transient java.util.LinkedList.java.util.LinkedList$Entry ??
java.util.LinkedList.header
private transient int java.util.LinkedList.size
图5-10b：找出所有fields。本例在for 循环内使用toGenericString()，省事。

找出class参用（导入）的所有classes
没有直接可用的Reflection API可以为我们找出某个class参用的所有其它classes。要获得这项信息，必须做苦工，一步一脚印逐一记录。我们必须观察所有fields的类型、所有methods（包括constructors）的参数类型和回返类型，剔除重复，留下唯一。这正是为什么图5-2程序代码要为tName()指定一个hashtable（而非一个null）做为第二自变量的缘故：hashtable可为我们储存元素（本例为字符串），又保证不重复。

本文讨论至此，几乎可以还原一个class的原貌（唯有methods 和ctors的定义无法取得）。接下来讨论Reflection 的另三个动态性质：(1) 运行时生成instances，(2) 执
行期唤起methods，(3) 运行时改动fields。

运行时生成instances
欲生成对象实体，在Reflection 动态机制中有两种作法，一个针对“无自变量ctor”，
一个针对“带参数ctor”。图6是面对“无自变量ctor”的例子。如果欲调用的是“带参数ctor“就比较麻烦些，图7是个例子，其中不再调用Class的newInstance()，而是调用Constructor 的newInstance()。图7首先准备一个Class[]做为ctor的参数类型（本例指定为一个double和一个int），然后以此为自变量调用getConstructor()，获得一个专属ctor。接下来再准备一个Object[] 做为ctor实参值（本例指定3.14159和125），调用上述专属ctor的newInstance()。

#001 Class c = Class.forName("DynTest");
#002 Object obj = null;
#003 obj = c.newInstance(); //不带自变量
#004 System.out.println(obj);
图6：动态生成“Class object 所对应之class”的对象实体；无自变量。

#001 Class c = Class.forName("DynTest");
#002 Class[] pTypes = new Class[] { double.class, int.class };
#003 Constructor ctor = c.getConstructor(pTypes);
#004 //指定parameter list，便可获得特定之ctor
#005
#006 Object obj = null;
#007 Object[] arg = new Object[] {3.14159, 125}; //自变量
#008 obj = ctor.newInstance(arg);
#009 System.out.println(obj);
图7：动态生成“Class object 对应之class”的对象实体；自变量以Object[]表示。

运行时调用methods
这个动作和上述调用“带参数之ctor”相当类似。首先准备一个Class[]做为ctor的参数类型（本例指定其中一个是String，另一个是Hashtable），然后以此为自变量调用getMethod()，获得特定的Method object。接下来准备一个Object[]放置自变量，然后调用上述所得之特定Method object的invoke()，如图8。知道为什么索取Method object时不需指定回返类型吗？因为method overloading机制要求signature（署名式）必须唯一，而回返类型并非signature的一个成份。换句话说，只要指定了method名称和参数列，就一定指出了一个独一无二的method。

#001 public String func(String s, Hashtable ht)
#002 {
#003 …System.out.println("func invoked"); return s;
#004 }
#005 public static void main(String args[])
#006 {
#007 Class c = Class.forName("Test");
#008 Class ptypes[] = new Class[2];
#009 ptypes[0] = Class.forName("java.lang.String");
#010 ptypes[1] = Class.forName("java.util.Hashtable");
#011 Method m = c.getMethod("func",ptypes);
#012 Test obj = new Test();
#013 Object args[] = new Object[2];
#014 arg[0] = new String("Hello,world");
#015 arg[1] = null;
#016 Object r = m.invoke(obj, arg);
#017 Integer rval = (String)r;
#018 System.out.println(rval);
#019 }
图8：动态唤起method

运行时变更fields内容
与先前两个动作相比，“变更field内容”轻松多了，因为它不需要参数和自变量。首先调用Class的getField()并指定field名称。获得特定的Field object之后便可直接调用Field的get()和set()，如图9。

#001 public class Test {
#002 public double d;
#003
#004 public static void main(String args[])
#005 {
#006 Class c = Class.forName("Test");
#007 Field f = c.getField("d"); //指定field 名称
#008 Test obj = new Test();
#009 System.out.println("d= " + (Double)f.get(obj));
#010 f.set(obj, 12.34);
#011 System.out.println("d= " + obj.d);
#012 }
#013 }
图9：动态变更field 内容

Java 源码改动办法
先前我曾提到，原本想借由“改动Java标准库源码”来测知Class object的生成，但由于其ctor原始设计为private，也就是说不可能透过这个管道生成Class object（而是由class loader负责生成），因此“在ctor中打印出某种信息”的企图也就失去了意义。

这里我要谈点题外话：如何修改Java标准库源码并让它反应到我们的应用程序来。假设我想修改java.lang.Class，让它在某些情况下打印某种信息。首先必须找出标准源码！当你下载JDK 套件并安装妥当，你会发现jdk150\src\java\lang 目录（见图10）之中有Class.java，这就是我们此次行动的标准源码。备份后加以修改，编译获得Class.class。接下来准备将.class 搬移到jdk150\jre\lib\endorsed（见图10）。

这是一个十分特别的目录，class loader将优先从该处读取内含classes的.jar文件??成功的条件是.jar内的classes压缩路径必须和Java标准库的路径完全相同。为此，我们可以将刚才做出的Class.class先搬到一个为此目的而刻意做出来的\java\lang目录中，压缩为foo.zip（任意命名，唯需夹带路径java\lang），再将这个foo.zip搬到jdk150\jre\lib\endorsed并改名为foo.jar。此后你的应用程序便会优先用上这里的java.lang.Class。整个过程可写成一个批处理文件（batch file），如图11，在DOS Box中使用。


图10：JDK1.5 安装后的目录组织。其中的endorsed 是我新建。

del e:\java\lang\*.class //清理干净
del c:\jdk150\jre\lib\endorsed\foo.jar //清理干净
c:
cd c:\jdk150\src\java\lang
javac -Xlint:unchecked Class.java //编译源码
javac -Xlint:unchecked ClassLoader.java //编译另一个源码（如有必要）
move *.class e:\java\lang //搬移至刻意制造的目录中
e:
cd e:\java\lang //以下压缩至适当目录
pkzipc -add -path=root c:\jdk150\jre\lib\endorsed\foo.jar *.class
cd e:\test //进入测试目录
javac -Xlint:unchecked Test.java //编译测试程序
java Test //执行测试程序
图11：一个可在DOS Box中使用的批处理文件（batch file），用以自动化java.lang.Class
的修改动作。Pkzipc(.exe)是个命令列压缩工具，add和path都是其命令。

更多信息
以下是视野所及与本文主题相关的更多讨论。这些信息可以弥补因文章篇幅限制而带来的不足，或带给您更多视野。

       "Take an in-depth look at the Java Reflection API -- Learn about the new Java 1.1 tools forfinding out information about classes", by Chuck McManis。此篇文章所附程序代码是本文示例程序的主要依据（本文示例程序示范了更多Reflection APIs，并采用JDK1.5 新式的for-loop 写法）。
       "Take a look inside Java classes -- Learn to deduce properties of a Java class from inside aJava program", by Chuck McManis。
       "The basics of Java class loaders -- The fundamentals of this key component of the Javaarchitecture", by Chuck McManis。
       《The Java Tutorial Continued》, Sun microsystems. Lesson58-61, "Reflection".

注1用过诸如MFC这类所谓 Application Framework的程序员也许知道，MFC有所谓的dynamic creation。但它并不等同于Java的动态加载或动态辨识；所有能够在MFC程序中起作用的classes，都必须先在编译期被编译器“看见”。

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