Java反射机制摘要
Reflection 是Java被视为动态（或准动态）语言的一个关键性质。这个机制允许程序在运行时透过Reflection APIs取得任何一个已知名称的class的内部信息，包括其modifiers（诸如public, static 等等）、superclass（例如Object）、实现之interfaces（例如Cloneable），也包括fields和methods的所有信息，并可于运行时改变fields内容或唤起methods。本文借由实例，大面积示范Reflection APIs。
关键词：
Introspection（内省、内观）Reflection（反射）有时候我们说某个语言具有很强的动态性，有时候我们会区分动态和静态的不同技术与作法。我们朗朗上口动态绑定（dynamic binding）、动态链接（dynamic linking）、动态加载（dynamic loading）等。然而“动态”一词其实没有绝对而普遍适用的严格定义，有时候甚至像对象导向当初被导入编程领域一样，一人一把号，各吹各的调。
一般而言，开发者社群说到动态语言，大致认同的一个定义是：“程序运行时，允许改变程序结构或变量类型，这种语言称为动态语言”。从这个观点看，Perl，Python，Ruby是动态语言，C++，Java，C#不是动态语言。尽管在这样的定义与分类下Java不是动态语言，它却有着一个非常突出的动态相关机制：Reflection。这个字的意思是“反射、映象、倒影”，用在Java身上指的是我们可以于运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。换句话说，Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class，获悉其完整构造（但不包括methods定义），并生成其对象实体、或对其fields设值、或唤起其methods1。这种“看透class”的能力（the ability of the program to examine itself）被称为introspection（内省、内观、反省）。Reflection和introspection是常被并提的两个术语。
Java如何能够做出上述的动态特性呢？这是一个深远话题，本文对此只简单介绍一些概念。整个篇幅最主要还是介绍Reflection APIs，也就是让读者知道如何探索class的结构、如何对某个“运行时才获知名称的class”生成一份实体、为其fields设值、调用其methods。本文将谈到java.lang.Class，以及java.lang.reflect中的Method、Field、Constructor等等classes。“Class”class
众所周知Java有个Object class，是所有Java classes的继承根源，其内声明了数个应该在所有Java class中被改写的methods：hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中getClass()返回一个Class object。
Class class十分特殊。它和一般classes一样继承自Object，其实体用以表达Java程序运行时的classes和interfaces，也用来表达enum、array、primitive Java types（boolean, byte, char, short, int, long, float, double）以及关键词void。当一个class被加载，或当加载器（class loader）的defineClass()被JVM调用，JVM 便自动产生一个Class object。如果您想借由“修改Java标准库源码”来观察Class object的实际生成时机（例如在Class的constructor内添加一个println()），不能够！因为Class并没有public constructor（见图1）。本文最后我会拨一小块篇幅顺带谈谈Java标准库源码的改动办法。Class是Reflection故事起源。针对任何您想探勘的class，唯有先为它产生一个Class object，接下来才能经由后者唤起为数十多个的Reflection APIs。extends AbstractSequentialList.......
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\langjavac -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 *.classcd 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 l "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）。l "Take a look inside Java classes -- Learn to deduce properties of a Java class from inside aJava program", by Chuck McManis。l "The basics of Java class loaders -- The fundamentals of this key component of the Javaarchitecture", by Chuck McManis。l 《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”。 注2如果操作对象是Object，Class.getSuperClass()会返回null。【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口】
评论人 评论内容 评论时间 打分
【suifeng】 查看所有导入的类，上面介绍的方法，不能看到 在方法内部的类。
如：
public void test(){
MyClass a = new MyClass();
}对于 MyClass 类就不能看到。
2007-9-25 11:34:30 3分
【jack】 写得很不错。但是我不明白，如果能够获得该类的class为什么还要用反射的function呢？直接通过.newInstance不就可以获得对象实例吗？获取对象实例不就可以操作任何的成员和变量吗？请高手拿出一些确切可以反映reflect好处的实用代码。
还有一个问题。就是public static Class forName(String name, boolean initialize,ClassLoader loader)。loader 可以从本类通过getClassLoader 获取，也可以通过classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();获得。有什么区别？ 2007-9-21 11:03:56 3分
【laurent】 学习了，转载到我的blog上
谢谢了~~~ 2007-5-24 14:58:41 5分
【小康】 例子代码有问题的。
图9中，
#010 f.set(obj, 12.34);
是无法通过编译的
应该改为
f.set(obj,Double.valueOf("12.34"));
修改后执行成功。 2006-8-8 16:40:32 1分
Reflection 是Java被视为动态（或准动态）语言的一个关键性质。这个机制允许程序在运行时透过Reflection APIs取得任何一个已知名称的class的内部信息，包括其modifiers（诸如public, static 等等）、superclass（例如Object）、实现之interfaces（例如Cloneable），也包括fields和methods的所有信息，并可于运行时改变fields内容或唤起methods。本文借由实例，大面积示范Reflection APIs。
关键词：
Introspection（内省、内观）Reflection（反射）有时候我们说某个语言具有很强的动态性，有时候我们会区分动态和静态的不同技术与作法。我们朗朗上口动态绑定（dynamic binding）、动态链接（dynamic linking）、动态加载（dynamic loading）等。然而“动态”一词其实没有绝对而普遍适用的严格定义，有时候甚至像对象导向当初被导入编程领域一样，一人一把号，各吹各的调。
一般而言，开发者社群说到动态语言，大致认同的一个定义是：“程序运行时，允许改变程序结构或变量类型，这种语言称为动态语言”。从这个观点看，Perl，Python，Ruby是动态语言，C++，Java，C#不是动态语言。尽管在这样的定义与分类下Java不是动态语言，它却有着一个非常突出的动态相关机制：Reflection。这个字的意思是“反射、映象、倒影”，用在Java身上指的是我们可以于运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。换句话说，Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class，获悉其完整构造（但不包括methods定义），并生成其对象实体、或对其fields设值、或唤起其methods1。这种“看透class”的能力（the ability of the program to examine itself）被称为introspection（内省、内观、反省）。Reflection和introspection是常被并提的两个术语。
Java如何能够做出上述的动态特性呢？这是一个深远话题，本文对此只简单介绍一些概念。整个篇幅最主要还是介绍Reflection APIs，也就是让读者知道如何探索class的结构、如何对某个“运行时才获知名称的class”生成一份实体、为其fields设值、调用其methods。本文将谈到java.lang.Class，以及java.lang.reflect中的Method、Field、Constructor等等classes。“Class”class
众所周知Java有个Object class，是所有Java classes的继承根源，其内声明了数个应该在所有Java class中被改写的methods：hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中getClass()返回一个Class object。
Class class十分特殊。它和一般classes一样继承自Object，其实体用以表达Java程序运行时的classes和interfaces，也用来表达enum、array、primitive Java types（boolean, byte, char, short, int, long, float, double）以及关键词void。当一个class被加载，或当加载器（class loader）的defineClass()被JVM调用，JVM 便自动产生一个Class object。如果您想借由“修改Java标准库源码”来观察Class object的实际生成时机（例如在Class的constructor内添加一个println()），不能够！因为Class并没有public constructor（见图1）。本文最后我会拨一小块篇幅顺带谈谈Java标准库源码的改动办法。Class是Reflection故事起源。针对任何您想探勘的class，唯有先为它产生一个Class object，接下来才能经由后者唤起为数十多个的Reflection APIs。extends AbstractSequentialList.......
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\langjavac -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 *.classcd 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 l "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）。l "Take a look inside Java classes -- Learn to deduce properties of a Java class from inside aJava program", by Chuck McManis。l "The basics of Java class loaders -- The fundamentals of this key component of the Javaarchitecture", by Chuck McManis。l 《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”。 注2如果操作对象是Object，Class.getSuperClass()会返回null。【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口】
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【suifeng】 查看所有导入的类，上面介绍的方法，不能看到 在方法内部的类。
如：
public void test(){
MyClass a = new MyClass();
}对于 MyClass 类就不能看到。
2007-9-25 11:34:30 3分
【jack】 写得很不错。但是我不明白，如果能够获得该类的class为什么还要用反射的function呢？直接通过.newInstance不就可以获得对象实例吗？获取对象实例不就可以操作任何的成员和变量吗？请高手拿出一些确切可以反映reflect好处的实用代码。
还有一个问题。就是public static Class forName(String name, boolean initialize,ClassLoader loader)。loader 可以从本类通过getClassLoader 获取，也可以通过classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();获得。有什么区别？ 2007-9-21 11:03:56 3分
【laurent】 学习了，转载到我的blog上
谢谢了~~~ 2007-5-24 14:58:41 5分
【小康】 例子代码有问题的。
图9中，
#010 f.set(obj, 12.34);
是无法通过编译的
应该改为
f.set(obj,Double.valueOf("12.34"));
修改后执行成功。 2006-8-8 16:40:32 1分
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