java反射和RTTI

在運行時識別對象和類的信息有兩種方式:

  • RTTI(Run-Time Type Identification,運行時類型識別)
    • 它假定我們在編譯時已經知道了所有的類型信息
  • 反射
    • 它允許我們在運行時發現和使用類的信息

Class對象

  • Class對象包含了與類有關的信息。無論是RTTI還是反射都依賴于Class對象。

  • 每個類都會產生一個對應的Class對象,也就是保存在.class文件。

  • 所有類都是在對其第一次使用時,動態加載到JVM的,當程序創建第一個對類的靜態成員的引用時,就會加載這個類。

    • 構造器也是靜態方法,使用new操作符創建類的新對象也是對類靜態成員的引用。
  • Class對象僅在需要的時候才會加載,static初始化是在類加載時進行的。

public class TestClass {

    public static void main(String[] args) {
        //System.out.println(XYZ.a);
        //System.out.println(XYZ.b);
        //new XYZ();
    }

}

class XYZ {
    final static int a = 5;
    
    static int b = 6;
    
    static {
        System.out.println("init");
    }
    
    public XYZ() {
        System.out.println("constructor");
    }
}

分別執行main方法中被注釋的三行代碼,結果如下:


image.png

image.png

image.png
  • 其中XYZ.a是編譯期常量,即值在編譯期就可以確定的常量。編譯期常量初始化不會觸發Class對象的初始化

  • XYZ.b是運行期常量,在運行期間才可以確定的常量,會觸發Class對象的初始化。

  • new XYZ()的結果證實了構造器是靜態方法。

獲取Class對象的兩種方法:
  • Class.forName("XYZ")
    • 返回Class對象的引用,并且初始化Class對象
    • 一旦找不到XYZ這個類就會拋出ClassNotFoundException
  • XYZ.class
    • 返回Class對象的引用,不初始化Class對象
    • 在編譯時就檢查是否存在XYZ這個類,無需放在try塊中。

RTTI

  • 在Java運行時,RTTI維護類的相關信息。

  • 多態(polymorphism)是基于RTTI實現的。
    Java中每個對象都有相應的Class類對象,因此,我們隨時能通過Class對象知道某個對象“真正”所屬的類。無論我們對引用進行怎樣的類型轉換,對象本身所對應的Class對象都是同一個。當我們通過某個引用調用方法時,Java總能找到正確的Class類中所定義的方法,并執行該Class類中的代碼。由于Class對象的存在,Java不會因為類型的向上轉換而迷失。這就是多態的原理。

反射

  • 如果不知道某個對象的確切類型,RTTI可以告訴你,但是有一個前提:這個類型在編譯時必須已知,這樣才能使用RTTI來識別它。

  • Class類與java.lang.reflect類庫一起對反射進行了支持,該類庫包含Field、Method和Constructor類,這些類的對象由JVM在啟動時創建,用以表示未知類里對應的成員。這樣的話就可以使用Contructor創建新的對象,用get()和set()方法獲取和修改類中與Field對象關聯的字段,用invoke()方法調用與Method對象關聯的方法。

  • 另外,還可以調用getFields()、getMethods()和getConstructors()等許多便利的方法,以返回表示字段、方法、以及構造器對象的數組,這樣,對象信息可以在運行時被完全確定下來,而在編譯時不需要知道關于類的任何事情。

  • 反射機制并沒有什么神奇之處,當通過反射與一個未知類型的對象打交道時,JVM只是簡單地檢查這個對象,看它屬于哪個特定的類。因此,那個類的.class對于JVM來說必須是可獲取的,要么在本地機器上,要么從網絡獲取。所以對于RTTI和反射之間的真正區別只在于:

    • RTTI,編譯器在編譯時打開和檢查.class文件
    • 反射,運行時打開和檢查.class文件
Class c = Class.forName("java.lang.Integer");  
        //獲取所有的屬性?  
      Field[] fs = c.getDeclaredFields();  
 
             //定義可變長的字符串,用來存儲屬性  
      StringBuffer sb = new StringBuffer();  
      //通過追加的方法,將每個屬性拼接到此字符串中  
      //最外邊的public定義  
      sb.append(Modifier.toString(c.getModifiers()) + " class " + c.getSimpleName() +"{\n");  
      //里邊的每一個屬性  
      for(Field field:fs){  
          sb.append("\t");//空格  
          sb.append(Modifier.toString(field.getModifiers())+" ");//獲得屬性的修飾符,例如public,static等等  
          sb.append(field.getType().getSimpleName() + " ");//屬性的類型的名字  
          sb.append(field.getName()+";\n");//屬性的名字+回車  
      }  

      sb.append("}");  

      System.out.println(sb);  
image.png
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