介紹反射機制

Java 的反射機制允許在程式運行期間，借助反射 API 獲取類的內部資訊，并能直接操作物件的內部屬性及方法，

Java 反射機制提供的功能：

在運行時，使用反射分析類的能力，獲取有關類的一切資訊（類所在的包、類實作的介面、標注的注解、類的資料域、類的構造器、類的方法等）
在運行時，使用反射分析物件，設定實體域的值，查看實體域的值，
反射機制允許你呼叫任意方法（類的構造器方法、類的成員方法等）

反射是一種功能強大且復雜的機制，使用反射機制的主要人員是工具構造者，而不是應用程式員，

Class 類

在程式運行期間，Java 運行時系統始終為所有的物件維護一個被稱為運行時的型別標識，這個資訊跟蹤著每個物件所屬的類，虛擬機利用運行時型別資訊選擇相應的方法執行，

然而，可以通過專門的 Java 類訪問這些資訊，保存這些資訊的類被稱為 Class，Object 類中的 getClass() 方法將會回傳一個 Class 型別的實體，

如同用一個 Employee 物件表示一個特定的雇員屬性一樣，一個 Class 物件將表示一個特定類的屬性，

虛擬機為每個型別管理一個 Class 物件，因此，可以利用 == 運算子實作兩個 Class 物件比較的操作，

// 獲得 Class 物件的多種方式：
public static void main(String[] args) {
    // 方式 1
    // 如果 T 是任意的 Java 型別 (或 void 關鍵字), T.class 將代表匹配的 Class 物件，
    Class<Person> clazz1 = Person.class;

    // 方式 2
    Person person = new Person();
    Class clazz2 = person.getClass();

    // 方式 3
    try {
        Class clazz3 = Class.forName("類的路徑");
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }

    // 方式4
    // 獲取到 ClassLoader（這里獲取到的是：AppClassLoader）
    ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
    try {
        Class clazz4 = classLoader.loadClass("類的路徑");
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

還有一個很有用的方法：Class 類的 newlnstance()，可以用這個方法來動態地創建一個類的實體，newlnstance() 方法呼叫默認的構造器（沒有引數的構造器）初始化新創建的物件，如果這個類沒有默認的構造器，就會拋出一個 InstantiationException 例外，

將 Class 類的 forName() 方法與 Class 類的 newlnstance() 方法配合起來使用，可以根據存盤在字串中的類名創建一個物件，

public static void main(String[] args) throws Exception {
    String className = "java.util.Random";
    Object object = Class.forName(className).newInstance();
}

如果需要以這種方式向希望按名稱創建的類的構造器提供引數，就不要使用上面那條陳述句，而必須使用 Constructor 類中的 newlnstance() 方法，

分析類的能力

在運行時，使用反射分析類的能力，

下面簡要地介紹一下反射機制最重要的內容：檢查類的結構，在 java.lang.reflect 包中有三個類 Field、Method 和 Constructor 分別用于描述類的資料域、類的方法和類的構造器，

這三個類都有一個叫做 getName() 的方法，用來回傳專案的名稱，

Field 類有一個 getType() 方法，用來回傳描述資料域所屬型別的 Class 物件，

Method 類和 Constructor 類有能夠報告引數型別的方法，Method 類還有一個可以報告回傳型別的方法，

這三個類還有一個叫做 getModifiers() 的方法，它將回傳一個整型數值，用不同的位開關描述 public 和 static 這樣的修飾符使用狀況，另外，還可以利用 java.lang.reflect 包中的 Modifier 類的靜態方法分析 getModifiers() 回傳的整型數值，例如，可以使用 Modifier 類中的 isPublic()、isPrivate() 或 isFinal() 判斷方法或構造器是否是 public、private 或 final 的，我們需要做的全部作業就是呼叫 Modifier 類的相應方法，并對回傳的整型數值進行分析，另外，還可以利用 Modifier.toString() 方法將修飾符列印出來，

Class 類的 getFields()、getMethods() 和 getConstructors() 方法將分別回傳類中宣告的 public 域、public 方法和 public 構造器陣列，其中包括父類的公有成員，

Class 類的 getDeclareFields()、getDeclareMethods() 和 getDeclaredConstructors() 方法將分別回傳類中宣告的全部的資料域、全部的方法和全部的構造器，其中包括私有和受保護成員，但不包括父類的成員，

分析物件

在運行時，使用反射分析物件，

從前面一節中，已經知道如何查看任意物件的資料域的名稱和型別：

獲得對應的 Class 物件，
呼叫 Class 物件的 getDeclaredFields() 方法，

本節將進一步查看資料域的實際內容，當然，在撰寫程式時，如果知道想要査看的資料域的名稱和型別，查看指定的資料域是一件很容易的事情，而利用反射機制可以查看在編譯時還不清楚的資料域，

查看資料域值的關鍵方法是 Field 類中的 get() 方法，如果 f 是一個 Field 型別的物件（例如，通過 getDeclaredFields() 得到的物件），obj 是某個包含 f 域的類的物件，f.get(obj) 將回傳一個物件，其值為 obj 物件的 f 域的當前值，

當然，可以獲得就可以設定，呼叫 f.set(obj, value) 可以將 obj 物件的 f 域設定成新值，

public static void main(String[] args) {
    Employee harry = new Employee("Harry Hacker", 35000, 10, 1, 1989);
    Class cl = harry.getClass();
    
    // the class object representing Employee
    Field f = cl.getDeclaredField("name");
    // the name field of the Employee class
    Object v = f.get(harry);
    // the value of the name field of the harry object, i .e., the String object "Harry Hacker"
}

實際上，上面這段代碼存在一個問題，由于 name 是一個私有域，所以 get() 方法將會拋出一個 illegalAccessException，只有利用 get() 方法才能得到可訪問域的值，除非擁有訪問權限，否則 Java 安全機制只允許査看任意物件有哪些域，而不允許讀取它們的值，

反射機制的默認行為受限于 Java 的訪問控制，然而，如果一個 Java 程式沒有受到安全管理器的控制，就可以覆寫訪問控制，為了達到這個目的，需要呼叫 Field、Method 或 Constructor 物件的 setAccessible() 方法，例如：

f.setAtcessible(true); // now OK to call f.get(harry);

setAccessible() 方法是 AccessibleObject 類中的一個方法，AccessibleObject 類是 Field、Method 和 Constructor 類的公共父類，這個特性是為除錯、持久存盤和相似機制提供的，

呼叫任意方法

在 C 和 C++ 中，可以從函式指標執行任意函式，從表面上看，Java 沒有提供方法指標，即將一個方法的存盤地址傳給另外一個方法，以便第二個方法能夠隨后呼叫它，事實上，Java 的設計者曾說過：方法指標是很危險的，并且常常會帶來隱患，他們認為 Java 提供的介面（interface）是一種更好的解決方案，然而，反射機制允許你呼叫任意方法，

為了能夠看到方法指標的作業程序，先回憶一下利用 Field 類的 get() 方法查看資料域值的程序，與之類似，在 Method 類中有一個 invoke() 方法，它允許呼叫包裝在當前 Method 物件中的方法，

可以使用 method 物件實作 C 語言中函式指標（或 C# 中的委派）的所有操作，同 C 一樣，這種程式設計風格并不太簡便，出錯的可能性也比較大，如果在呼叫方法的時候提供了一個錯誤的引數，那么 invoke() 方法將會拋出一個例外，

另外， invoke() 方法的引數和回傳值必須是 Object 型別的，這就意味著必須進行多次的型別轉換，這樣做將會使編譯器錯過檢查代碼的機會，因此，等到測驗階段才會發現這些錯誤，找到并改正它們將會更加困難，

在進行型別轉換的程序中，編譯器無法檢查代碼中型別轉換的正確性，也就是無法保證轉換后的型別與原始型別是兼容的，這樣就會增加程式出錯的可能性，并且如果出現錯誤的話，除錯和修正也會更加困難，

不僅如此，使用反射獲得方法指標的代碼執行要比直接呼叫方法明顯慢一些，

有鑒于此，建議僅在必要的時候才使用 Method 物件，而最好使用介面以及 Java8 中的 lambda 運算式，

特別要重申：建議 Java 開發者不要使用 Method 物件的回呼功能，使用介面進行回呼會使得代碼的執行速度更快，更易于維護，

參考資料

《Java核心技術卷一：基礎知識》（第10版）第 5 章：繼承 5.7 反射

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