Java语言高级特性 - 反射

Arrom
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反射

一般情况下，我们使用某个类时必定知道它是什么类，用来做什么的，并且能够获得此类的引用。于是我们直接对着该类进行实例化，之后使用该类的对象进行操作。

反射则是一开始并不知道我要初始化的类对象是什么，自然也无法使用new 关键字来创建对象了。这时候，我们使用JDK提供的反射API进行反射调用。反射就是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法，对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性，并且能改变它的属性。

java反射机制主要提供类了以下功能

  • 在运行时构造任意一个类的对象
  • 在运行时获取或者修改任意一个类所具有的成员变量和方法
  • 在运行时调用任意一个对象的方法（属性）

Class

反射始于Class，Class是一个类，封装了当前对象所对应的类的信息。一个类中有属性，方法，构造器等，比如说有一个Person类，一个Order类，一个Book类，这些都是不同的类，现在需要一个类，用来描述类，这就是Class，它应该有类名，属性，方法，构造器等。Class是用来描述类的类。

Class类是一个对象照镜子的结果，对象可以看到自己有哪些属性，方法，构造器，实现了哪些接口等等。对于每个类而言，JRE 都为其保留一个不变的 Class 类型的对象。一个 Class 对象包含了特定某个类的有关信息。 对象只能由系统建立对象，一个类（而不是一个对象）在 JVM 中只会有一个Class实例。

获得Class对象

获取class对象的三种方式

  • 通过类名获取 类名.class
Class<?> klass = int.class;
Class<?> classInt = Integer.TYPE;
  • 通过对象获取 对象名.getClass()
StringBuilder str = new StringBuilder("123");
Class<?> klass = str.getClass();
  • 通过全类名获取 Class.forName(全类名) classLoader.loadClass(全类名)
public static Class<?> forName(String className)

判断是否为某个类的实例

一般地，我们用 instanceof 关键字来判断是否为某个类的实例。同时我们也可以借助反射中 Class 对象的isInstance() 方法来判断是否为某个类的实例，它是一个 native 方法

public native boolean isInstance(Object obj);

判断是否为某个类的类型

public boolean isAssignableFrom(Class<?> cls)

创建实例

通过反射来生成对象主要有两种方式。

  1. 使用Class对象的newInstance()方法来创建Class对象对应类的实例。
Class<?> c = String.class;
Object str = c.newInstance();
  1. 先通过Class对象获取指定的Constructor对象，再调用Constructor对象的newInstance()方法来创建实例。这种方法可以用指定的构造器构造类的实例。
//获取String所对应的Class对象
Class<?> c = String.class;
//获取String类带一个String参数的构造器
Constructor constructor = c.getConstructor(String.class);
//根据构造器创建实例
Object obj = constructor.newInstance("23333");

System.out.println(obj);

获取构造器信息

获取构造器的方法

Constructor getConstructor(Class[] params) -- 获得使用特殊的参数类型的public构造函数(包括父类）

Constructor[] getConstructors() -- 获得类的所有公共构造函数

Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params) -- 获得使用特定参数类型的构造函数(包括私有)

Constructor[] getDeclaredConstructors() -- 获得类的所有构造函数(与接入级别无关)

获取类构造器的用法与上述获取方法的用法类似。主要是通过Class类的getConstructor方法得到Constructor类的一个实例，而Constructor类有一个newInstance方法可以创建一个对象实例。

public T newInstance(Object ... initargs)

获取类的成员变量（字段）信息

Field getField(String name) -- 获得命名的公共字段

Field[] getFields() -- 获得类的所有公共字段

Field getDeclaredField(String name) -- 获得类声明的命名的字段

Field[] getDeclaredFields() -- 获得类声明的所有字段

调用方法

获得方法信息的方法

Method getMethod(String name, Class[] params) -- 使用特定的参数类型，获得命名的公共方法

Method[] getMethods() -- 获得类的所有公共方法

Method getDeclaredMethod(String name, Class[] params) -- 使用特写的参数类型，获得类声明的命名的方法

Method[] getDeclaredMethods() -- 获得类声明的所有方法

当我们从类中获取了一个方法后，我们就可以用 invoke() 方法来调用这个方法。 invoke 方法的原型为

public Object invoke(Object obj, Object... args)

利用反射创建数组

数组在Java里是比较特殊的一种类型，它可以赋值给一个Object Reference 其中的Array类为java.lang.reflflect.Array类。我们通过Array.newInstance()创建数组对象，它的原型是:

public static Object newInstance(Class<?> componentType, int length);

反射获取泛型真实类型

当我们对一个泛型类进行反射时，需要的到泛型中的真实数据类型，来完成如json反序列化的操作。此时需要通过 Type 体系来完成。 Type 接口包含了一个实现类(Class)和四个实现接口，他们分别是：

  • TypeVariable 泛型类型变量。可以泛型上下限等信息；
public class TestType <K extends Comparable & Serializable, V> {

    K key;

    V value;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取字段的类型
        Field fk = TestType.class.getDeclaredField("key");
        Field fv = TestType.class.getDeclaredField("value");
        TypeVariable keyType = (TypeVariable)fk.getGenericType();
        TypeVariable valueType = (TypeVariable)fv.getGenericType();
        // getName 方法
        System.out.println(keyType.getName()); // K
        System.out.println(valueType.getName()); // V
        // getGenericDeclaration 方法
        System.out.println(keyType.getGenericDeclaration());
        System.out.println(valueType.getGenericDeclaration()); 
        // getBounds 方法
        System.out.println("K 的上界:"); // 有两个

        for (Type type : keyType.getBounds()) { 
            System.out.println(type); 
        }
        System.out.println("V 的上界:"); 
        for (Type type : valueType.getBounds()) { 
            System.out.println(type);
        }
    }
}
  • ParameterizedType 具体的泛型类型，可以获得元数据中泛型签名类型(泛型真实类型)
public class TestType { 
    Map<String, String> map; 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        Field f = TestType.class.getDeclaredField("map");
         System.out.println(f.getGenericType()); 
         ParameterizedType pType = (ParameterizedType) f.getGenericType();
          System.out.println(pType.getRawType()); // interface java.util.Map 
          for (Type type : pType.getActualTypeArguments()) {
               System.out.println(type); // 打印两遍: class java.lang.String 
            } 
        } 
    }
}
  • GenericArrayType 当需要描述的类型是泛型类的数组时，比如List[],Map[]，此接口会作为Type的实现。
public class TestType<T> { 
    List<String>[] lists;
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        Field f = TestType.class.getDeclaredField("lists");
        GenericArrayType genericType = (GenericArrayType) f.getGenericType();
        System.out.println(genericType.getGenericComponentType()); 
    } 
}
  • WildcardType 通配符泛型，获得上下限信息；
public class TestType { 
    private List<? extends Number> a; // 上限 
    private List<? super String> b; //下限 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        Field fieldA = TestType.class.getDeclaredField("a"); 
        Field fieldB = TestType.class.getDeclaredField("b"); // 先拿到范型类型 
        ParameterizedType pTypeA = (ParameterizedType) fieldA.getGenericType();
        ParameterizedType pTypeB = (ParameterizedType) fieldB.getGenericType(); // 再从范型里拿到通配符类型 
        WildcardType wTypeA = (WildcardType) pTypeA.getActualTypeArguments()[0]; 
        WildcardType wTypeB = (WildcardType) pTypeB.getActualTypeArguments()[0]; // 方法测试 
        System.out.println(wTypeA.getUpperBounds()[0]); // class java.lang.Number 
        System.out.println(wTypeB.getLowerBounds()[0]); // class java.lang.String // 看看通配符类型到底是什么, 打印结果为: ? extends java.lang.Number
        System.out.println(wTypeA); 
    }
}

Gson反序列化

在进行GSON反序列化时，存在泛型时，可以借助 TypeToken 获取Type以完成泛型的反序列化。但是为什么TypeToken 要被定义为抽象类呢？

因为只有定义为抽象类或者接口，这样在使用时，需要创建对应的实现类，此时确定泛型类型，编译才能够将泛型signature信息记录到Class元数据中。

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