Java反射机制

了解Java的反射机制，首先要从RTTI开始。

文章的一开头就开始装逼了，RTTI是个什么东西。RTTI英文全称：Run-Time Type Information，望文生义，RTTI是运行时类型信息。

什么是RTTI，有什么作用，编程时会用到吗？这个问题先放在这里，等会再解答。

 

1，  .class文件

学过一点点Java的人，都知道Java文件在编译之后变成了class文件。问题又来了，class文件是什么？肯定有人回答：Class文件就是一个编译后的文件，就像C/C++的.c和.cpp文件编译之后编程了.o，还需要解释吗？要，必须要。

先来一张class文件的文件格式示意图。

  

 

没看懂？必然看不懂，先简单介绍一下Class文件。

Class文件从文件类型上是二进制文件，问题又来了，什么是二进制文件？二进制文件就是机器能读懂的语言，自从冯诺依曼的原型机出世，所有的计算机作为它的后代就只认识1和0这两个数字。二进制文件就是一堆0和1。Class文件就是由一堆0和1堆起来的。但是，无规矩不成方圆，这些0和1是按照某种严格的规则放置在对应的位置上。JVM作为Java的运行环境，是规则的制定者和解读者（尽管是Java的开发者们制定的，我们可以简单地认为JVM做了这些事情，至少是开发者们让JVM这么干的）。JVM按照规则来解读0和1序列，然后告诉计算机如何去执行我们的程序所表达的意愿。

但是，Class文件的结构不像XML那些描述型语言那样松散和自由，它的定义是非常严格的，条件也非常的苛刻。Class文件没有任何的分割符号，哪怕是一个空格一个回车（关于回车为什么叫做回车，点击这里）。

在图中Class文件的几个部分，Header，Constant pool…等，这些数据项无论是顺序还是数量都是被严格限定的，哪个字节代表什么含义，长度是多少，先后顺序如何都被非常苛刻地限制，不允许改变。然后，你会看到Class attributes在class文件的最后，应该用过Java反编译器吧，有没有注意过Java反编译器反编译的class文件方法在上面，属性都在下面，就是这个原因。

 

这篇博客讲解的很详细，http://blog.csdn.net/dc_726/article/details/7944154。

文件的开头是Header，，这段十六进制码表明了JDK的版本号，所以你把JDK1.7的class文件放在JDK1.6的环境下就不能运行，向下兼容。

 

2， Class类

扯得有点远了。回到正题。

Java被编译后，生成了.class文件，JVM此时就要去解读.class文件。当程序主动去使用某个类时，如果这个类还没有被加载到内存中，JVM会通过三个步骤对类进行初始化：

1.加载：由类加载器执行，该步骤查找字节码，并从这些字节码中创建一个Class对象

2.链接：在链接阶段将验证类中的字节码，为静态域分配存储空间，并且如果必须的话，将解析这个类创建的对其他类的所有引用。

3.初始化：如果该类有超类，则对其初始化，执行静态初始化器和静态初始化块。

如以上三步，一个.class文件被融入到程序中供其调用。第一个步骤中，查找字节码并生成一个Class对象，在Java中，如Thinking in Java中提到的，一切皆是对象。被编译后的Java文件.class也被JVM解析为一个对象，这个对象就是java.lang.Class。

 

这样当程序在运行时，每个java文件就最终变成了Class类对象的一个实例。我们通过Java的反射机制应用到这个实例，就可以去获得甚至去添加改变这个类的属性和动作，使得这个类成为一个动态的类（所谓的动态是按照动态语言的定义——在程序运行时改变其结构：心得函数可以被引进，已有的函数可以被删除等在结构上的变化）。 由此，可以看出反射机制使得Java语言多么灵活。

 

3，Class类与反射机制

Class类的概念尽管很抽象，但是无疑，它是反射机制的起源，是Java语言中一个精巧美妙地设计。

介绍完.class文件是怎么回事，又简单说明了.class和Class之间的关系，然后要看一下Class类的官方描述。

官方文档是最权威的，先来看一下Class类中的API是如何描述Class类的。下面是翻译后的中文文档的描述：

Class类的实例表示正在运行的Java应用程序的类和接口。枚举是一种类，注释（注解）是一种接口。每个数组属于被映射为Class对象的一个类，所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该Class对象。基本的Java类型（boolean、byte、char、short、int、long、float 和 double）和关键字 void 也表示为 Class 对象。Class没有公用构造方法。Class对象是在加载类时由JVM以及通过调用类加载器中的defineClass方法自动构造的。

看完这个描述，并结合上面提到的三个步骤，应该会有更好的理解。

 4，反射机制的定义和应用

在深入到反射机制之前，先探析一下反射机制的定义和应用。反射机制定义：Java反射机制是在运行状态时，对于任意一个类，都能够直到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一个方法和属性。

我们不禁会想，得到这些属性和方法并且去改变它们有什么用？觉得反射机制仿佛很遥远，但是作为一个全职程序员，除了假期和双休日，你几乎每天都在和反射机制打交道，无论你使用的Eclipse系列的IDE（集成开发环境），还是使用的目前较为流行的IntelliJ IDEA，又或者是NetBeans，在你输入一个对象的名称，按下”.”时，总会弹出这个对象所拥有的所有方法列表供选择。这个功能就是反射机制实现的，反射机制得到了这个对象的方法和属性。

很显然，是先有的反射机制，才有的自动智能提示，所以上面的例子只能勉强算作反射机制出现和应用的一个动机。

在反射机制设计之初，睿智的设计者们或许就有了分布式的野心。编程人员希望Java能够提供在跨网络的远程平台上创建和运行对象的能力，这种能力的名字大家应该很熟悉，叫做远程方法调用RMI，这便是编程人员想要在运行时获取类的信息的又一个动机。RMI允许一个Java程序将对象分布到多台机器上，即在远程就可以调用某个对象，就像你通过浏览器去使用别人提供的网页服务一样。这就促成了现在的分布式系统的崛起。然而在JDK的1.1版本中，Java反射机制就出现了。

 

5，Java反射机制的类库支持及简介

Class类和java.lang.reflect类库一起构成了对Java反射机制的支持。其中最常使用到的类是Constructor，Field，Method，而这三个类都继承了一个接口java.lang.reflect.Member。下面列举介绍一下java.lang.reflect类库中的类：

  • AccessibleObject：Field，Method，和Constructor对象的基类。提供了将反射的对象标记为在使用时取消默认Java语言访问控制检查的能力。
  • Array：提供了动态创建和访问Java数组的方法。
  • Constructor：提供关于类的单个构造方法的信息以及对它的访问权限。
  • Field： 提供有关类或接口的单个字段的信息，以及对它的动态访问权限。反射的字段可能是一个类（静态）字段或实例字段。
  • Method： 提供关于类或接口上单独某个方法（以及如何访问该方法）的信息。所反映的方法可能是类方法或实例方法（包括抽象方法）。
  • Modifier： 类提供了 static 方法和常量，对类和成员访问修饰符进行解码。修饰符集被表示为整数，用不同的位位置 (bit position) 表示不同的修饰符。该类的字段均是int类型的变量。 
  • Proxy： 提供用于创建动态代理类和实例的静态方法，它还是由这些方法创建的所有动态代理类的超类。
  • ReflectPermission：反射操作的 Permission 类。ReflectPermission 是一种指定权限，没有动作。当前定义的唯一名称是 suppressAccessChecks，它允许取消由反射对象在其使用点上执行的标准 Java 语言访问检查 – 对于 public、default（包）访问、protected、private 成员。

 

当要使用反射机制去探查一个类的内部时，还可以调用getFields()，getMethods()和getConstructors()等很便利的方法。对于反射机制，和RTTI的区别就在于，RTTI是在编译时打开和检查.class文件，而反射机制是在运行时打开和检查.class文件。

 

6，反射机制使用Demo

1.Class类是反射机制的起源，我们得到Class类对象有三种方法：

Class.forName()

Object.getClass()

类字面常量xx.class

　　

解释一下这三种方法，

  • 第一种方法是Class类自带的方法，
  • 第二种方法是所有的对象都能够使用的方法，因为getClass()方法是Object类的方法，所有的类都继承了Object，因此所有类的对象也都具有getClass()方法。
  • 第三种方法是类字面常量。Thinking in Java中建议使用类字面常量来生成对Class对象的引用，这样做即简单又安全，因为在编译时就会受到检查，因此不需要置于try语句块中，并且它根除了对forName()方法的调用，所以也更高效。可以想象一下JDBC的语法，在加载驱动的时候，使用的就是forName()方法，因此即使单独这一句程序，也要使用try语句块。

类字面常量使得创建Class对象的引用时不会自动地初始化该对象，而是按照之前提到的加载，链接，初始化三个步骤，这三个步骤是个懒加载的过程，不使用的时候就不加载，这种机制是C/C++无法复制模拟的。

 

其他DEMO

 

 

 

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