java基礎:深入理解Class對象與反射機制

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深入理解Class對象

RRIT及Class對象的概念

RRIT(Run-Time Type Identification)運行時類型識別。在《Thinking in Java》一書第十四章中有提到,其作用是在運行時識別一個對象的類型和類的信息。主要有兩種方式:一種是“傳統的”RTTI,它假定我們在編譯時已經知道了所有的類型;另一種是“反射”機制,它允許我們在運行時發現和使用類的信息。

類是程序的一部分,每個類都有一個class對象。換言之,每當編寫并且編譯了一個新類,就會產生一個Class對象(更恰當地說,是被保存在一個同名的.class文件中)。所有的類都是在對其第一次使用時,動態加載到JVM中的。例如我們寫了一個Test類,編譯后生成了Test.class,此時我們的Test類的Class對象就保存在class文件中。當我們new一個新對象或者引用靜態成員變量時,Java虛擬機(JVM)中的類加載器子系統會將對應Class對象加載到JVM中,然后JVM再根據這個類型信息相關的Class對象創建我們需要實例對象或者提供靜態變量的引用值。需要特別注意的是,手動編寫的每個class類,無論創建多少個實例對象,在JVM中都只有一個Class對象,即在內存中每個類有且只有一個相對應的Class對象。

Test t1 = new Test();
Test t2 = new Test();
Test t3 = new Test();

如上所示,實際上JVM內存中只存有一個Test的Class對象。

Class類,Class類也是一個實實在在的類,存在于JDK的java.lang包中。Class類的實例表示java應用運行時的類(class ans enum)或接口(interface and annotation)(每個java類運行時都在JVM里表現為一個class對象,可通過類名.class、類型.getClass()、Class.forName("類名")等方法獲取class對象)。數組同樣也被映射為為class 對象的一個類,所有具有相同元素類型和維數的數組都共享該 Class 對象。基本類型boolean,byte,char,short,int,long,float,double和關鍵字void同樣表現為 class 對象。

ublic final class Class<T> implements java.io.Serializable,
                              GenericDeclaration,
                              Type,
                              AnnotatedElement {
    private static final int ANNOTATION= 0x00002000;
    private static final int ENUM      = 0x00004000;
    private static final int SYNTHETIC = 0x00001000;

    private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }

    /*
     * Private constructor. Only the Java Virtual Machine creates Class objects.   //私有構造器,只有JVM才能調用創建Class對象
     * This constructor is not used and prevents the default constructor being
     * generated.
     */
    private Class(ClassLoader loader) {
        // Initialize final field for classLoader.  The initialization value of non-null
        // prevents future JIT optimizations from assuming this final field is null.
        classLoader = loader;
    }

到這我們也就可以得出以下幾點信息:

  • Class類也是類的一種,與class關鍵字是不一樣的。

  • 手動編寫的類被編譯后會產生一個Class對象,其表示的是創建的類的類型信息,而且這個Class對象保存在同名.class的文件中(字節碼文件)

  • 每個通過關鍵字class標識的類,在內存中有且只有一個與之對應的Class對象來描述其類型信息,無論創建多少個實例對象,其依據的都是用一個Class對象。

  • Class類只存私有構造函數,因此對應Class對象只能有JVM創建和加載

  • Class類的對象作用是運行時提供或獲得某個對象的類型信息,這點對于反射技術很重要(關于反射稍后分析)。

Class對象的加載及獲取

Class對象的加載

前面我們已提到過,Class對象是由JVM加載的,那么其加載時機是?實際上所有的類都是在對其第一次使用時動態加載到JVM中的,當程序創建第一個對類的靜態成員引用時,就會加載這個被使用的類(實際上加載的就是這個類的字節碼文件),注意,使用new操作符創建類的新實例對象也會被當作對類的靜態成員的引用(構造函數也是類的靜態方法),由此看來Java程序在它們開始運行之前并非被完全加載到內存的,其各個部分是按需加載,所以在使用該類時,類加載器首先會檢查這個類的Class對象是否已被加載(類的實例對象創建時依據Class對象中類型信息完成的),如果還沒有加載,默認的類加載器就會先根據類名查找.class文件(編譯后Class對象被保存在同名的.class文件中),在這個類的字節碼文件被加載時,它們必須接受相關驗證,以確保其沒有被破壞并且不包含不良Java代碼(這是java的安全機制檢測),完全沒有問題后就會被動態加載到內存中,此時相當于Class對象也就被載入內存了(畢竟.class字節碼文件保存的就是Class對象),同時也就可以被用來創建這個類的所有實例對象。


類加載的過程 :
1. 加載
在加載階段,虛擬機需要完成3件事:
(1)通過一個類的全限定名(org/fenixsoft/clazz/TestClass)獲取定義此類的二進制字節流(.class文件);
(2)將這個字節流所代表的靜態存儲結構轉化為方法區的運行時數據結構;
(3)在內存中生成一個代表這個類的 java.lang.Class 對象,作為方法區這個類的各種數據的訪問入口;
2. 驗證
驗證階段是非常重要的,這個階段是否嚴謹,直接決定了Java虛擬機是否能承受惡意代碼的攻擊,從執行性能的角度上講,驗證階段的工作量在虛擬機的類加載子系統中又占了相當大的一部分。驗證階段大致上完成下面4個階段的驗證動作:
(1)文件格式驗證
驗證字節流是否符合Class文件格式的規范,并且能被當前版本的虛擬機處理;
這階段的驗證是基于二進制字節流進行的,只有通過了這個階段的驗證,字節流才會進入內存的方法區進行儲存,所以后面的3個驗證階段全部是基于方法區的存儲結構進行的,不會再直接操作字節流。
(2)元數據驗證
對字節碼描述的信息進行語義分析,以保證其描述的信息符合Java語言規范的要求,保證不存在不符合Java語言規范的元數據信息;
(3)字節碼驗證
通過數據流和控制流分析,確定程序是語義是合法的、符合邏輯的,保證被校驗的方法在運行時不會做出危害虛擬機安全的事件;
(4)符號引用驗證
可以看作是對類自身以外(常量池中各種符號引用)的信息進行匹配性校驗,確保解析動作能正常執行;
3. 準備
準備階段是正式為類變量分配內存并設置類變量初始值階段,這些變量所使用的內存都將在方法區中進行分配。這里進行內存分配僅僅是類變量(被static修飾的變量),而不包括實例變量,實例變量將在對象實例化時隨著對象一起分配在Java堆中;
4. 解析
解析階段是虛擬機將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程。解析動作主要針對類或接口、字段、類方法、方法類型、方法句柄和調用點限定符7類符號引用進行;
5. 初始化
初始化階段才真正開始執行類中定義的Java程序代碼(或者說是字節碼)。初始化是如何被觸發的:
(1)遇到new、getstatic、putstatic或involestatic這4條指令時;
(2)使用 java.lang.reflect 包的方法對類進行反射調用的時候;
(3)初始化一個類時,如果父類還沒被初始化,則先觸發父類的初始化;
(4)虛擬機啟動時,用戶需要指定一個要執行的主類 (包含main()方法的那個類),虛擬機會先初始化這個主類;
(5)如果一個 java.lang.invoke.MethodHandle 實例最后解析的結果是 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄,若句柄所對應的類沒有進行過初始化,則將它初始化;

上文源自《深入理解java虛擬機》一書,大家可以去讀一下,這本書基本上是java程序猿學習必讀之一了。在此就不深入展開了,因為這又是另一個JVM領域了。 以后如果寫了該方面的文章,會貼到這里。

Class對象的獲取

Class對象的獲取主要有3種:

  • 通過實例getClass()方法獲取
  • Class.forName方法獲取
  • 類字面常量獲取

通過實例getClass()方法獲取

    Test t1 = new Test();
    Class clazz=test.getClass();
    System.out.println("clazz:"+clazz.getName());

getClass()是從頂級類Object繼承而來的,它將返回表示該對象的實際類型的Class對象引用。

Class.forName方法獲取

    try{
      //通過Class.forName獲取Test類的Class對象
      Class clazz=Class.forName("com.hiway.Test");
      System.out.println("clazz:"+clazz.getName());
    }catch (ClassNotFoundException e){
      e.printStackTrace();
    }

forName方法是Class類的一個static成員方法,記住所有的Class對象都源于這個Class類,因此Class類中定義的方法將適應所有Class對象。這里通過forName方法,我們可以獲取到Test類對應的Class對象引用。
注意調用forName方法時需要捕獲一個名稱為ClassNotFoundException的異常,因為forName方法在編譯器是無法檢測到其傳遞的字符串對應的類是否存在的(是否有.class文件),只能在程序運行時進行檢查,如果不存在就會拋出ClassNotFoundException異常。

使用forName方式會觸發類的初始化,與之相比的是使用類字面常量獲取

類字面常量獲取

//字面常量的方式獲取Class對象
Class clazz = Test.class;

這樣做不僅更簡單,而且更安全,因為它在編譯時就會受到檢查(因此不需要置于try語句塊中)。并且它根除了對forName()方法的調用,所以也更高效。
注意,有一點很有趣,當使用“.class”來創建對Class對象的引用時,不會自動地初始化該Class對象。注意,有一點很有趣,當使用“.class”來創建對Class對象的引用時,不會自動地初始化該Class對象,為了使用類而做的準備工作實際包含三個步驟:

  1. 加載,這是由類加載器執行的,該步驟將查找字節碼(通常在classpath所指定的路徑中查找,但這并非是必需的),并從這些字節碼中創建一個Class對象。
  2. 鏈接。在鏈接階段將驗證類中的字節碼,為靜態域分布存儲空間,并且如果必需的話,將解析這個類創建的對其他類的所有引用。
  3. 初始化。如果該類具有超類,則對其初始化,執行靜態初始化器和靜態初始化塊。
class Initable{
     static final int staticFinal = 47;
     static final int staticFinal2 = ClassInitialization.rand.nextInt(1000);
     static {
          System.out.ptintln("Initializing Initable");
     }
}

class Initable2 {
     static int staticNonFinal = 147;
     static {
          System.out.println("Initializing Initable2");
     }
}

class Initable3 {
     static int staticNonFinal = 74;
     static {
          System.out.println("Initializing Initable3");
     }
}

public class ClassInitialization {
     public static Random rand = new Random(47);
     public static void main(String[] args) throws Exception {
          Class initable = Initable.class;
          System.out.println("After creating Initable ref");
          System.out.println(Initable.staticFinal);
          System.out.println(Initable.staticFinal2);
          System.out.println(Initable2.staticNonFinal);
          Clas initable3 = Class.forName("Initable3");
          System.out.println("After creating Initable3 ref");
          System.out.println(Initable3.staticNonFinal);
     }
}

/* output
After creating Initable ref
47
Initializing Initable
258
Initializing Initable2
147
Initializing Initable3
After creating Initable ref
74

如果一個static final值是編譯器常量,就像Initable.staticFinal那樣,那么這個值不需要對Initable類進行初始化就可以被讀取。但是,如果只是將一個域設置為static和final的,還不足以確保這種行為,例如,對Initable.staticFinal2的訪問將強制進行類的初始化,因為它不是一個編譯期常量。

如果一個static域不是final的,那么在對它訪問時,總是要求在它被讀取之前,要先進行鏈接(為這個域分配存儲空間)和初始化(初始化該存儲空間),就像在對Initable2.staticNonFinal的訪問中所看到的那樣。從輸出結果來看,可以發現,通過字面常量獲取方式獲取Initable類的Class對象并沒有觸發Initable類的初始化,這點也驗證了前面的分析,同時發現調用Initable.staticFinal變量時也沒有觸發初始化,這是因為staticFinal屬于編譯期靜態常量,在編譯階段通過常量傳播優化的方式將Initable類的常量staticFinal存儲到了一個稱為NotInitialization類的常量池中,在以后對Initable類常量staticFinal的引用實際都轉化為對NotInitialization類對自身常量池的引用,所以在編譯期后,對編譯期常量的引用都將在NotInitialization類的常量池獲取,這也就是引用編譯期靜態常量不會觸發Initable類初始化的重要原因。但在之后調用了Initable.staticFinal2變量后就觸發了Initable類的初始化,注意staticFinal2雖然被static和final修飾,但其值在編譯期并不能確定,因此staticFinal2并不是編譯期常量,使用該變量必須先初始化Initable類。Initable2和Initable3類中都是靜態成員變量并非編譯期常量,引用都會觸發初始化。至于forName方法獲取Class對象,肯定會觸發初始化,這點在前面已分析過。

instanceof與Class的等價性

關于instanceof 關鍵字,它返回一個boolean類型的值,意在告訴我們對象是不是某個特定的類型實例。如下,在強制轉換前利用instanceof檢測obj是不是Animal類型的實例對象,如果返回true再進行類型轉換,這樣可以避免拋出類型轉換的異常(ClassCastException)

public void cast2(Object obj){
    if(obj instanceof Animal){
          Animal animal= (Animal) obj;
      }
}

而isInstance方法則是Class類中的一個Native方法,也是用于判斷對象類型的,看個簡單例子:

public void cast2(Object obj){
        //instanceof關鍵字
        if(obj instanceof Animal){
            Animal animal= (Animal) obj;
        }

        //isInstance方法
        if(Animal.class.isInstance(obj)){
            Animal animal= (Animal) obj;
        }
  }

事實上instanceOf 與isInstance方法產生的結果是相同的。

class A {}

class B extends A {}

public class C {
  static void test(Object x) {
    print("Testing x of type " + x.getClass());
    print("x instanceof A " + (x instanceof A));
    print("x instanceof B "+ (x instanceof B));
    print("A.isInstance(x) "+ A.class.isInstance(x));
    print("B.isInstance(x) " +
      B.class.isInstance(x));
    print("x.getClass() == A.class " +
      (x.getClass() == A.class));
    print("x.getClass() == B.class " +
      (x.getClass() == B.class));
    print("x.getClass().equals(A.class)) "+
      (x.getClass().equals(A.class)));
    print("x.getClass().equals(B.class)) " +
      (x.getClass().equals(B.class)));
  }
  public static void main(String[] args) {
    test(new A());
    test(new B());
  } 
}

/* output
Testing x of type class com.zejian.A
x instanceof A true
x instanceof B false //父類不一定是子類的某個類型
A.isInstance(x) true
B.isInstance(x) false
x.getClass() == A.class true
x.getClass() == B.class false
x.getClass().equals(A.class)) true
x.getClass().equals(B.class)) false
---------------------------------------------
Testing x of type class com.zejian.B
x instanceof A true
x instanceof B true
A.isInstance(x) true
B.isInstance(x) true
x.getClass() == A.class false
x.getClass() == B.class true
x.getClass().equals(A.class)) false
x.getClass().equals(B.class)) true

反射

反射機制是在運行狀態中,對于任意一個類,都能夠知道這個類的所有屬性和方法;對于任意一個對象,都能夠調用它的任意一個方法和屬性,這種動態獲取的信息以及動態調用對象的方法的功能稱為java語言的反射機制。一直以來反射技術都是Java中的閃亮點,這也是目前大部分框架(如Spring/Mybatis等)得以實現的支柱。在Java中,Class類與java.lang.reflect類庫一起對反射技術進行了全力的支持。在反射包中,我們常用的類主要有Constructor類表示的是Class 對象所表示的類的構造方法,利用它可以在運行時動態創建對象、Field表示Class對象所表示的類的成員變量,通過它可以在運行時動態修改成員變量的屬性值(包含private)、Method表示Class對象所表示的類的成員方法,通過它可以動態調用對象的方法(包含private),下面將對這幾個重要類進行分別說明。

Constructor類及其用法

Constructor類存在于反射包(java.lang.reflect)中,反映的是Class 對象所表示的類的構造方法。獲取Constructor對象是通過Class類中的方法獲取的,Class類與Constructor相關的主要方法如下:

方法返回值 方法名稱 方法說明
static Class<?> forName(String className) 返回與帶有給定字符串名的類或接口相關聯的 Class 對象。
Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) 返回指定參數類型、具有public訪問權限的構造函數對象
Constructor<?>[] getConstructors() 返回所有具有public訪問權限的構造函數的Constructor對象數組
Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) 返回指定參數類型、所有聲明的(包括private)構造函數對象
Constructor<?>[] getDeclaredConstructor() 返回所有聲明的(包括private)構造函數對象
T newInstance() 調用無參構造器創建此 Class 對象所表示的類的一個新實例。

下面看一個簡單例子來了解Constructor對象的使用:

public class ConstructionTest implements Serializable {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Class<?> clazz = null;

        //獲取Class對象的引用
        clazz = Class.forName("com.example.javabase.User");

        //第一種方法,實例化默認構造方法,User必須無參構造函數,否則將拋異常
        User user = (User) clazz.newInstance();
        user.setAge(20);
        user.setName("Jack");
        System.out.println(user);

        System.out.println("--------------------------------------------");

        //獲取帶String參數的public構造函數
        Constructor cs1 =clazz.getConstructor(String.class);
        //創建User
        User user1= (User) cs1.newInstance("hiway");
        user1.setAge(22);
        System.out.println("user1:"+user1.toString());

        System.out.println("--------------------------------------------");

        //取得指定帶int和String參數構造函數,該方法是私有構造private
        Constructor cs2=clazz.getDeclaredConstructor(int.class,String.class);
        //由于是private必須設置可訪問
        cs2.setAccessible(true);
        //創建user對象
        User user2= (User) cs2.newInstance(25,"hiway2");
        System.out.println("user2:"+user2.toString());

        System.out.println("--------------------------------------------");

        //獲取所有構造包含private
        Constructor<?> cons[] = clazz.getDeclaredConstructors();
        // 查看每個構造方法需要的參數
        for (int i = 0; i < cons.length; i++) {
            //獲取構造函數參數類型
            Class<?> clazzs[] = cons[i].getParameterTypes();
            System.out.println("構造函數["+i+"]:"+cons[i].toString() );
            System.out.print("參數類型["+i+"]:(");
            for (int j = 0; j < clazzs.length; j++) {
                if (j == clazzs.length - 1)
                    System.out.print(clazzs[j].getName());
                else
                    System.out.print(clazzs[j].getName() + ",");
            }
            System.out.println(")");
        }
    }
}


class User {
    private int age;
    private String name;
    public User() {
        super();
    }
    public User(String name) {
        super();
        this.name = name;
    }

    /**
     * 私有構造
     * @param age
     * @param name
     */
    private User(int age, String name) {
        super();
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

/* output 
User{age=20, name='Jack'}
--------------------------------------------
user1:User{age=22, name='hiway'}
--------------------------------------------
user2:User{age=25, name='hiway2'}
--------------------------------------------
構造函數[0]:private com.example.javabase.User(int,java.lang.String)
參數類型[0]:(int,java.lang.String)
構造函數[1]:public com.example.javabase.User(java.lang.String)
參數類型[1]:(java.lang.String)
構造函數[2]:public com.example.javabase.User()
參數類型[2]:()

關于Constructor類本身一些常用方法如下(僅部分,其他可查API)

方法返回值 方法名稱 方法說明
Class<T> getDeclaringClass() 返回 Class 對象,該對象表示聲明由此 Constructor 對象表示的構造方法的類,其實就是返回真實類型(不包含參數)
Type[] getGenericParameterTypes() 按照聲明順序返回一組 Type 對象,返回的就是 Constructor對象構造函數的形參類型。
String getName() 以字符串形式返回此構造方法的名稱。
Class<?>[] getParameterTypes() 按照聲明順序返回一組 Class 對象,即返回Constructor 對象所表示構造方法的形參類型
T newInstance(Object... initargs) 使用此 Constructor對象表示的構造函數來創建新實例
String toGenericString() 返回描述此 Constructor 的字符串,其中包括類型參數。

代碼演示如下:

        Constructor cs3 = clazz.getDeclaredConstructor(int.class,String.class);
        System.out.println("-----getDeclaringClass-----");
        Class uclazz=cs3.getDeclaringClass();
//Constructor對象表示的構造方法的類
        System.out.println("構造方法的類:"+uclazz.getName());

        System.out.println("-----getGenericParameterTypes-----");
//對象表示此 Constructor 對象所表示的方法的形參類型
        Type[] tps=cs3.getGenericParameterTypes();
        for (Type tp:tps) {
            System.out.println("參數名稱tp:"+tp);
        }
        System.out.println("-----getParameterTypes-----");
//獲取構造函數參數類型
        Class<?> clazzs[] = cs3.getParameterTypes();
        for (Class claz:clazzs) {
            System.out.println("參數名稱:"+claz.getName());
        }
        System.out.println("-----getName-----");
//以字符串形式返回此構造方法的名稱
        System.out.println("getName:"+cs3.getName());

        System.out.println("-----getoGenericString-----");
//返回描述此 Constructor 的字符串,其中包括類型參數。
        System.out.println("getoGenericString():"+cs3.toGenericString());

/* output 
-----getDeclaringClass-----
構造方法的類:com.example.javabase.User
-----getGenericParameterTypes-----
參數名稱tp:int
參數名稱tp:class java.lang.String
-----getParameterTypes-----
參數名稱:int
參數名稱:java.lang.String
-----getName-----
getName:com.example.javabase.User
-----getoGenericString-----
getoGenericString():private com.example.javabase.User(int,java.lang.String)

Field類及其用法

Field 提供有關類或接口的單個字段的信息,以及對它的動態訪問權限。反射的字段可能是一個類(靜態)字段或實例字段。同樣的道理,我們可以通過Class類的提供的方法來獲取代表字段信息的Field對象,Class類與Field對象相關方法如下:

方法返回值 方法名稱 方法說明
Field getDeclaredField(String name) 獲取指定name名稱的(包含private修飾的)字段,不包括繼承的字段
Field[] getDeclaredField() 獲取Class對象所表示的類或接口的所有(包含private修飾的)字段,不包括繼承的字段
Field getField(String name) 獲取指定name名稱、具有public修飾的字段,包含繼承字段
Field[] getField() 獲取修飾符為public的字段,包含繼承字段

下面的代碼演示了上述方法的使用過程

public class ReflectField {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
        Class<?> clazz = Class.forName("reflect.Student");
        //獲取指定字段名稱的Field類,注意字段修飾符必須為public而且存在該字段,
        // 否則拋NoSuchFieldException
        Field field = clazz.getField("age");
        System.out.println("field:"+field);

        //獲取所有修飾符為public的字段,包含父類字段,注意修飾符為public才會獲取
        Field fields[] = clazz.getFields();
        for (Field f:fields) {
            System.out.println("f:"+f.getDeclaringClass());
        }

        System.out.println("================getDeclaredFields====================");
        //獲取當前類所字段(包含private字段),注意不包含父類的字段
        Field fields2[] = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field f:fields2) {
            System.out.println("f2:"+f.getDeclaringClass());
        }
        //獲取指定字段名稱的Field類,可以是任意修飾符的自動,注意不包含父類的字段
        Field field2 = clazz.getDeclaredField("desc");
        System.out.println("field2:"+field2);
    }
    /**
      輸出結果: 
     field:public int reflect.Person.age
     f:public java.lang.String reflect.Student.desc
     f:public int reflect.Person.age
     f:public java.lang.String reflect.Person.name

     ================getDeclaredFields====================
     f2:public java.lang.String reflect.Student.desc
     f2:private int reflect.Student.score
     field2:public java.lang.String reflect.Student.desc
     */
}

class Person{
    public int age;
    public String name;
    //省略set和get方法
}

class Student extends Person{
    public String desc;
    private int score;
    //省略set和get方法
}

上述方法需要注意的是,如果我們不期望獲取其父類的字段,則需使用Class類的getDeclaredField/getDeclaredFields方法來獲取字段即可,倘若需要連帶獲取到父類的字段,那么請使用Class類的getField/getFields,但是也只能獲取到public修飾的的字段,無法獲取父類的私有字段。下面將通過Field類本身的方法對指定類屬性賦值,代碼演示如下:

//獲取Class對象引用
Class<?> clazz = Class.forName("reflect.Student");

Student st= (Student) clazz.newInstance();
//獲取父類public字段并賦值
Field ageField = clazz.getField("age");
ageField.set(st,18);
Field nameField = clazz.getField("name");
nameField.set(st,"Lily");

//只獲取當前類的字段,不獲取父類的字段
Field descField = clazz.getDeclaredField("desc");
descField.set(st,"I am student");
Field scoreField = clazz.getDeclaredField("score");
//設置可訪問,score是private的
scoreField.setAccessible(true);
scoreField.set(st,88);
System.out.println(st.toString());

//輸出結果:Student{age=18, name='Lily ,desc='I am student', score=88} 

//獲取字段值
System.out.println(scoreField.get(st));
// 88

其中的set(Object obj, Object value)方法是Field類本身的方法,用于設置字段的值,而get(Object obj)則是獲取字段的值,當然關于Field類還有其他常用的方法如下:

方法返回值 方法名稱 方法說明
void set(Object obj, Object value) 將指定對象變量上此 Field 對象表示的字段設置為指定的新值。
Object get(Object obj) 返回指定對象上此 Field 表示的字段的值
Class<?> getType() 返回一個 Class 對象,它標識了此Field 對象所表示字段的聲明類型。
boolean isEnumConstant() 如果此字段表示枚舉類型的元素則返回 true;否則返回 false
String toGenericString() 返回一個描述此 Field(包括其一般類型)的字符串
String getName() 返回此 Field 對象表示的字段的名稱
Class<?> getDeclaringClass() 返回表示類或接口的 Class 對象,該類或接口聲明由此 Field 對象表示的字段
void setAccessible(boolean flag) 將此對象的 accessible 標志設置為指示的布爾值,即設置其可訪問性

上述方法可能是較為常用的,事實上在設置值的方法上,Field類還提供了專門針對基本數據類型的方法,如setInt()/getInt()、setBoolean()/getBoolean、setChar()/getChar()等等方法,這里就不全部列出了,需要時查API文檔即可。需要特別注意的是被final關鍵字修飾的Field字段是安全的,在運行時可以接收任何修改,但最終其實際值是不會發生改變的。

Method類及其用法

Method 提供關于類或接口上單獨某個方法(以及如何訪問該方法)的信息,所反映的方法可能是類方法或實例方法(包括抽象方法)。下面是Class類獲取Method對象相關的方法:

方法返回值 方法名稱 方法說明
Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) 返回一個指定參數的Method對象,該對象反映此 Class 對象所表示的類或接口的指定已聲明方法。
Method[] getDeclaredMethod() 返回 Method 對象的一個數組,這些對象反映此 Class 對象表示的類或接口聲明的所有方法,包括公共、保護、默認(包)訪問和私有方法,但不包括繼承的方法。
Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) 返回一個 Method 對象,它反映此 Class 對象所表示的類或接口的指定公共成員方法。
Method[] getMethods() 返回一個包含某些 Method 對象的數組,這些對象反映此 Class 對象所表示的類或接口(包括那些由該類或接口聲明的以及從超類和超接口繼承的那些的類或接口)的公共 member 方法。

同樣通過案例演示上述方法:

import java.lang.reflect.Method;

public class ReflectMethod  {


    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException {

        Class clazz = Class.forName("reflect.Circle");

        //根據參數獲取public的Method,包含繼承自父類的方法
        Method method = clazz.getMethod("draw",int.class,String.class);

        System.out.println("method:"+method);

        //獲取所有public的方法:
        Method[] methods =clazz.getMethods();
        for (Method m:methods){
            System.out.println("m::"+m);
        }

        System.out.println("=========================================");

        //獲取當前類的方法包含private,該方法無法獲取繼承自父類的method
        Method method1 = clazz.getDeclaredMethod("drawCircle");
        System.out.println("method1::"+method1);
        //獲取當前類的所有方法包含private,該方法無法獲取繼承自父類的method
        Method[] methods1=clazz.getDeclaredMethods();
        for (Method m:methods1){
            System.out.println("m1::"+m);
        }
    }

/**
     輸出結果:
     method:public void reflect.Shape.draw(int,java.lang.String)

     m::public int reflect.Circle.getAllCount()
     m::public void reflect.Shape.draw()
     m::public void reflect.Shape.draw(int,java.lang.String)
     m::public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
     m::public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
     m::public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
     m::public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
     m::public java.lang.String java.lang.Object.toString()
     m::public native int java.lang.Object.hashCode()
     m::public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
     m::public final native void java.lang.Object.notify()
     m::public final native void java.lang.Object.notifyAll()

     =========================================
     method1::private void reflect.Circle.drawCircle()

     m1::public int reflect.Circle.getAllCount()
     m1::private void reflect.Circle.drawCircle()
     */
}

class Shape {
    public void draw(){
        System.out.println("draw");
    }

    public void draw(int count , String name){
        System.out.println("draw "+ name +",count="+count);
    }

}
class Circle extends Shape{

    private void drawCircle(){
        System.out.println("drawCircle");
    }
    public int getAllCount(){
        return 100;
    }
}

在通過getMethods方法獲取Method對象時,會把父類的方法也獲取到,如上的輸出結果,把Object類的方法都打印出來了。而getDeclaredMethod/getDeclaredMethods方法都只能獲取當前類的方法。我們在使用時根據情況選擇即可。下面將演示通過Method對象調用指定類的方法:

Class clazz = Class.forName("reflect.Circle");
//創建對象
Circle circle = (Circle) clazz.newInstance();

//獲取指定參數的方法對象Method
Method method = clazz.getMethod("draw",int.class,String.class);

//通過Method對象的invoke(Object obj,Object... args)方法調用
method.invoke(circle,15,"圈圈");

//對私有無參方法的操作
Method method1 = clazz.getDeclaredMethod("drawCircle");
//修改私有方法的訪問標識
method1.setAccessible(true);
method1.invoke(circle);

//對有返回值得方法操作
Method method2 =clazz.getDeclaredMethod("getAllCount");
Integer count = (Integer) method2.invoke(circle);
System.out.println("count:"+count);

/**
    輸出結果:
    draw 圈圈,count=15
    drawCircle
    count:100
*/

在上述代碼中調用方法,使用了Method類的invoke(Object obj,Object... args)第一個參數代表調用的對象,第二個參數傳遞的調用方法的參數。這樣就完成了類方法的動態調用。

方法返回值 方法名稱 方法說明
Object invoke(Object obj, Object... args) 對帶有指定參數的指定對象調用由此 Method 對象表示的底層方法。
Class<?> getReturnType() 返回一個 Class 對象,該對象描述了此 Method 對象所表示的方法的正式返回類型,即方法的返回類型
Type getGenericReturnType() 返回表示由此 Method 對象所表示方法的正式返回類型的 Type 對象,也是方法的返回類型。
Class<?>[] getParameterTypes() 按照聲明順序返回 Class 對象的數組,這些對象描述了此 Method 對象所表示的方法的形參類型。即返回方法的參數類型組成的數組
Type[] getGenericParameterTypes() 按照聲明順序返回 Type 對象的數組,這些對象描述了此 Method 對象所表示的方法的形參類型的,也是返回方法的參數類型
String getName() 以 String 形式返回此 Method 對象表示的方法名稱,即返回方法的名稱
boolean isVarArgs() 判斷方法是否帶可變參數,如果將此方法聲明為帶有可變數量的參數,則返回 true;否則,返回 false。
String toGenericString() 返回描述此 Method 的字符串,包括類型參數。

getReturnType方法/getGenericReturnType方法都是獲取Method對象表示的方法的返回類型,只不過前者返回的Class類型后者返回的Type(前面已分析過),Type就是一個接口而已,在Java8中新增一個默認的方法實現,返回的就參數類型信息

public interface Type {
    //1.8新增
    default String getTypeName() {
        return toString();
    }
}

而getParameterTypes/getGenericParameterTypes也是同樣的道理,都是獲取Method對象所表示的方法的參數類型,其他方法與前面的Field和Constructor是類似的。

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