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java反射机制详解
java-反射机制txt.txt25爱是一盏灯，黑暗中照亮前行的远方；爱是一首诗，冰冷中温暖渴求的心房；爱是夏日的风，是冬日的阳，是春日的雨，是秋日的果。
反射使您的程序代码能够接入装载到JVM中的类的内部信息，允许您编写与执行时，而不是源代码中选定的类协作的代码。
这使反射成为构建灵活的应用的主要工具。
但需注意的是--如果使用不当，反射的成本很高。
在Java平台系列的第2部分中，软件顾问DennisSosnoski介绍了如何使用反射，以及某些相关的成本。
您还将找到JavaReflectionAPI如何使您能够在运行时关联对象。
在“Java编程的动态性，第1部分，”我为您介绍了Java编程类和类装入。
该篇文章介绍了一些Java二进制类格式的相关信息。
这个月我将阐述使用Java反射API来在运行时接入和使用一些相同信息的基础。
为了使已经熟知反射基础的开发人员关注本文，我将在文章中包括反射性能如何与直接接入相比较。
使用反射不同于常规的Java编程，其中它与元数据--描述其它数据的数据协作。
Java语言反射接入的特殊类型的原数据是JVM中类和对象的描述。
反射使您能够运行时接入广泛的类信息。
它甚至使您能够读写字段,调用运行时选择的类的方法。
反射是一种强大的工具。
它使您能够创建灵活的代码，这些代码可以在运行时装配，无需在组件之间进行源代表链接。
但反射的某些方面存在一些疑问。
在本文中，我将深入讨论为什么您可能不希望在程序中使用反射，以及您应该这样做的理由。
在了解了权衡性分析之后，您可以自行决定是否利大于弊。
初学者的类
使用反射的启点总是java.lang.Class实例。
如果您希望与预先定义的类协作，那么Java语言提供一种直接获得Class实例的简便快捷方式：
第1部分，“类和类装入”
代码:
Classclas=MyClass.class;
当您使用这一项技术时，装入类涉及的所有工作在幕后进行。
但是，如果您需要在运行时从某些外部源读取类名，这种方法并不适合。
实际上，您需要使用一个类装入器来查找类信息。
以下介绍一种方法：
代码:
//"name"istheclassnametoload
Classclas=null;
try{
clas=Class.forName（name）;
}catch（ClassNotFoundExceptionex）{
//handleexceptioncase
}
//usetheloadedclass
如果已经装入了类，您将得到现有的Class信息。
如果类未被装入，类装入器将现在装入并返回新创建的类实例。
基于类的反射
Class对象为您提供接入类元数据的反射的所有基本hook。
这类元数据包括关于类自身的信息，如包和类的父类，以及该类实施的接口。
它还包括该类定义的构造函数、字段和方法的详细信息。
这些最后的项目都是编程中最经常使用的项目，因此我将在本小节的稍后部分给出一些与它们协作的实例。
对于以下三类组件中的任何一类来说--构造函数、字段和方法--java.lang.Class提供四种独立的反射调用，以不同的方式来获得信息。
调用都遵循一种标准格式。
以下是用于查找构造函数的一组反射调用：
ConstructorgetConstructor（Class[]params）--获得使用特殊的参数类型的公共构造函数，
Constructor[]getConstructors（）--获得类的所有公共构造函数
ConstructorgetDeclaredConstructor（Class[]params）--获得使用特定参数类型的构造函数（与接入级别无关）
Constructor[]getDeclaredConstructors（）--获得类的所有构造函数（与接入级别无关）
每类这些调用都返回一个或多个java.lang.reflect.Constructor函数。
这种Constructor类定义newInstance方法，它采用一组对象作为其唯一的参数，然后返回新创建的原始类实例。
该组对象是用于构造函数调用的参数值。
作为解释这一工作流程的实例，假设您有一个TwoString类和一个使用一对Strings的构造函数，如清单1所示：
清单1:
从一对字符串创建的类
代码:
publicclassTwoString{
privateStringm_s1,m_s2;
publicTwoString（Strings1,Strings2）{
m_s1=s1;
m_s2=s2;
}
}
清单2中的代码获得构造函数并使用它来创建使用Strings"a"和"b"的TwoString类的一个实例:
清单2：
构造函数的反射调用
代码:
Class[]types=newClass[]{String.class,String.class};
Constructorcons=TwoString.class.getConstructor（types）;
Object[]args=newObject[]{"a","b"};
TwoStringts=cons.newInstance（args）;
清单2中的代码忽略了不同反射方法抛出的多种可能选中的例外类型。
例外在JavadocAPI描述中详细记录，因此为了简明起见，我将在所有程序实例中忽略它们。
尽管我在讨论构造函数主题，Java编程语言还定义了一种您可以用来使用无参数（或缺省）构造函数创建类的一个实例的特殊快捷方式。
这种快捷方式嵌入到Class定义中，如下：
ObjectnewInstance（）--使用缺省函数创建新的实例
即使这种方法只允许您使用一种特殊的构造函数，如果这正是您需要的，那么它将提供一种非常方便的快捷方式。
当与JavaBeans协作时这项技术尤其有用，JavaBeans需要定义公共、无参数构造函数。
通过反射增加字段获得字段信息的Class反射调用不同于那些用于接入构造函数的调用，在参数类型数组中使用了字段名：
FieldgetField（Stringname）--获得命名的公共字段
Field[]getFields（）--获得类的所有公共字段
FieldgetDeclaredField（Stringname）--获得类声明的命名的字段
Field[]getDeclaredFields（）--获得类声明的所有字段
本文来自:
（）详细出处参考：
尽管与构造函数调用类似，在字段方面仍存在一个重要的区别：
前两个变量返回可以通过类接入的公共字段的信息--即使它们来自于祖先类。
后两个变量返回类直接声明的字段的信息--与字段的接入类型无关。
调用返回的java.lang.reflect.Field实例定义所有主类型的getXXX和setXXX方法，以及与对象引用协作的通用get和set方法。
您可以根据实际的字段类型自行选择一种适当的方法，而getXXX方法将自动处理扩展转换（如使用getInt方法来检索一个字节值）。
清单3显示使用字段反射方法的一个实例，以方法的格式根据名称增加对象的int字段：
清单3：
通过反射增加一个字段
代码:
publicintincrementField（Stringname,Objectobj）throws...{
Fieldfield=obj.getClass（）.getDeclaredField（name）;
intvalue=field.getInt（obj）+1;
field.setInt（obj,value）;
returnvalue;
}
这种方法开始展示了反射带来的某些灵活性。
与特定的类协作不同，incrementField使用传入的对象的getClass方法来查找类信息，然后直接在该类中查找命名的字段。
通过反射增加方法
获得方法信息的Class反射调用与用于构造函数和字段的调用非常类似：
MethodgetMethod（Stringname,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
MethodgetDeclaredMethod（Stringname,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
与字段调用一样，前两个变量返回可以通过类接入的公共方法的信息--即使它们来自于祖先类。
后两个变量返回类声明的方法的信息，与方法的接入类型无关。
调用返回的java.lang.reflect.Method实例定义一种invoke方法，您可以用来在正在定义的类的一个实例上调用方法。
这种invoke方法使用两个参数，为调用提供类实例和参数值数组。
清单4进一步阐述字段实例，显示反射正在运行的方法的一个实例。
这种方法增加一个定义有get和set方法的intJavaBean属性。
例如，如果对象为一个整数count值定义了getCount和setCount方法，您可以在一次调用中向该方法传递“count”作为name参数，以增加该值。
清单4：
通过反射增加一个JavaBean属性
代码:
publicintincrementProperty（Stringname,Objectobj）{
Stringprop=Character.toUpperCase（name.charAt（0））+
name.substring
（1）;
Stringmname="get"+prop;
Class[]types=newClass[]{};
Methodmethod=obj.getClass（）.getMethod（mname,types）;
Objectresult=method.invoke（obj,newObject[0]）;
intvalue=（（Integer）result）.intValue（）+1;
mname="set"+prop;
types=newClass[]{int.class};
method=obj.getClass（）.getMethod（mname,types）;
method.invoke（obj,newObject[]{newInteger（value）}）;
returnvalue;
}
为了遵循JavaBeans惯例，我把属性名的首字母改为大写，然后预先考虑get来创建读方法名，set来创建写方法名。
JavaBeans读方法仅返回值，而写方法使用值作为唯一的参数，因此我规定方法的参数类型以进行匹配。
最后，该惯例要求方法为公共，因此我使用查找格式，查找类上可调用的公共方法。
这一实例是第一个我使用反射传递主值的实例，因此现在我们来看看它是如何工作的。
基本原理很简单：
无论什么时候您需要传递主值，只需用相应封装类的一个实例（在java.lang包中定义）来替换该类主值。
这可以应用于调用和返回。
因此，当我在实例中调用get方法时，我预计结果为实际int属性值的java.lang.Integer封装。
反射数组
数组是Java编程语言中的对象。
与所有对象一样，它们都有类。
如果您有一个数组，使用标准getClass方法，您可以获得该数组的类，就象任何其它对象一样。
但是，不通过现有的实例来获得类不同于其它类型的对象。
即使您有一个数组类，您也不能直接对它进行太多的操作--反射为标准类提供的构造函数接入不能用于数组，而且数组没有任何可接入的字段，只有基本的java.lang.Object方法定义用于数组对象。
数组的特殊处理使用java.lang.reflect.Array类提供的静态方法的集合。
该类中的方法使您能够创建新数组，获得数组对象的长度，读和写数组对象的索引值。
清单5显示了一种重新调整现有数组大小的有效方法。
它使用反射来创建相同类型的新数组，然后在返回新数组之前，在老数组中复制所有数据。
清单5：
通过反射来扩展一个数组
代码:
publicObjectgrowArray（Objectarray,intsize）{
Classtype=array.getClass（）.getComponentType（）;
Objectgrown=Array.newInstance（type,size）;
System.arraycopy（array,0,grown,0,
Math.min（Array.getLength（array）,size））;
returngrown;
}
安全性和反射
在处理反射时安全性是一个较复杂的问题。
反射经常由框架型代码使用，由于这一点，您可能希望框架能够全面接入您的代码，无需考虑常规的接入限制。
但是，在其它情况下，不受控制的接入会带来严重的安全性风险，如当代码在不值得信任的代码共享的环境中运行时。
由于这些互相矛盾的需求，Java编程语言定义一种多级别方法来处理反射的安全性。
基本模式是对反射实施与应用于源代码接入相同的的限制：
从任意位置到类公共组件的接入
类自身外部无任何到私有组件的接入
受保护和打包（缺省接入）组件的有限接入
不过－至少某些时候，围绕这些限制有一种简单的方法。
我在前面实例中使用的Constructor、Field和Method类都扩展了一个普通的基本类--java.lang.reflect.AccessibleObject类。
该类定义一种setAccessible方法，使您能够启动或关闭对这些类中其中一个类的实例的接入检测。
唯一的问题在于如果使用了安全性管理器，它将检测正在关闭接入检测的代码是否许可了这样做。
如果未许可，安全性管理器抛出一个例外。
清单6展示了一个程序，在清单1TwoString类的一个实例上使用反射来显示安全性正在运行：
清单6：
反射安全性正在运行
代码:
publicclassReflectSecurity{
publicstaticvoidmain（String[]args）{
try{
TwoStringts=newTwoString（"a","b"）;
Fieldfield=clas.getDeclaredField（"m_s1"）;
//field.setAccessible（true）;
System.out.println（"Retrievedvalueis"+
field.get（inst））;
}catch（Exceptionex）{
ex.printStackTrace（System.out）;
}
}
}
如果您编译了这一程序，不使用任何特定参数直接从命令行运行，它将在field.get（inst）调用中抛出一个IllegalAccessException。
如果您未注释field.setAccessible（true）代码行，那么重新编译并重新运行该代码，它将取得成功。
最后，如果您在命令行添加了JVM参数-Djava.security.manager以实现安全性管理器，它将再次失败，除非您定义了ReflectSecurity类的许可权限。
反射性能
反射是一种强大的工具，但也存在一些不足。
一个主要的缺点是对性能有影响。
使用反射基本上是一种解释操作，您可以告诉JVM您希望做什么并且它满足您的要求。
这类操作总是慢于只直接执行相同的操作。
为了阐述使用反射的性能成本，我为本文准备了一组基准程序（见参考资料，完整代码链接）。
清单7是字段接入性能测试的一个摘用，包括基本的测试方法。
每种方法测试字段接入的一种形式--accessSame与同一对象的成员字段协作，accessOther使用可直接接入的另一对象的字段，accessReflection使用可通过反射接入的另一对象的字段。
在每种情况下，方法执行相同的计算--循环中简单的加/乘顺序。
清单7：
字段接入性能测试代码
代码:
publicintaccessSame（intloops）{
m_value=0;
for（intindex=0;indexm_value=（m_value+ADDITIVE_VALUE）*
MULTIPLIER_VALUE;
}
returnm_value;
}
publicintaccessReference（intloops）{
TimingClasstiming=newTimingClass（）;
for（intindex=0;indextiming.m_value=（timing.m_value+ADDITIVE_VALUE）*
MULTIPLIER_VALUE;
}
returntiming.m_value;
}
publicintaccessReflection（intloops）throwsException{
TimingClasstiming=newTimingClass（）;
try{
Fieldfield=TimingClass.class.
getDeclaredField（"m_value"）;
for（intindex=0;indexintvalue=（field.getInt（timing）+
ADDITIVE_VALUE）*MULTIPLIER_VALUE;
field.setInt（timing,value）;
}
returntiming.m_value;
}catch（Exceptionex）{
System.out.println（"Errorusingreflection"）;
throwex;
}
}
测试程序重复调用每种方法，使用一个大循环数，从而平均多次调用的时间衡量结果。
平均值中不包括每种方法第一次调用的时间，因此初始化时间不是结果中的一个因素。
在为本文进行的测试中，每次调用时我使用1000万的循环数，在1GHzPIIIm系统上运行。
三个不同LinuxJVM的计时结果如图1所示。
所有测试使用每个JVM的缺省设置。
本文来自:
（）详细出处参考：
上表的对数尺度可以显示所有时间，但减少了差异看得见的影响。
在前两副图中（SunJVM），使用反射的执行时间超过使用直接接入的1000倍以上。
通过比较，IBMJVM可能稍好一些，但反射方法仍旧需要比其它方法长700倍以上的时间。
任何JVM上其它两种方法之间时间方面无任何显著差异，但IBMJVM几乎比SunJVM快一倍。
最有可能的是这种差异反映了SunHotSpotJVM的专业优化，它在简单基准方面表现得很糟糕。
除了字段接入时间测试之外，我还进行了相同的方法调用时间测试。
在方法调用中，我试用了与字段接入相同的三种接入变量，并增加了使用无参数方法变量，而不是在方法调用中传递和返回一个值。
清单8显示了用于测试调用传递和返回值形式的三种方法的代码。
清单8：
方法接入性能测试代码
代码:
publicintcallDirectArgs（intloops）{
intvalue=0;
for（intindex=0;indexvalue=step（value）;
}
returnvalue;
}
publicintcallReferenceArgs（intloops）{
TimingClasstiming=newTimingClass（）;
intvalue=0;
for（intindex=0;indexvalue=timing.step（value）;
}
returnvalue;
}
publicintcallReflectArgs（intloops）throwsException{
TimingClasstiming=newTimingClass（）;
try{
Methodmethod=TimingClass.class.getMethod
（"step",newClass[]{int.class}）;
Object[]args=newObject[1];
Objectvalue=newInteger（0）;
for（intindex=0;indexargs[0]=value;
value=method.invoke（timing,args）;
}
return（（Integer）value）.intValue（）;
}catch（Exceptionex）{
System.out.println（"Errorusingreflection"）;
throwex;
}
}
反射性能是Sun开发1.4JVM时关注的一个方面，它在反射方法调用结果中显示。
在这类操作的性能方面，Sun1.4.1JVM显示了比1.3.1版本很大的改进，在我的测试中运行速度大约是1.3.1版本的开部。
在这类简单的测试中，IBM1.4.0JVM再次获得了更好的成绩，但是只比Sun1.4.1JVM快两到三倍。
我还为创建使用反射的对象编写了类似的计时测试程序，但这种情况下的差异不象字段和方法调用情况下那么显著。
使用newInstance（）调用创建一个简单的java.lang.Object实例耗用的时间大约是在Sun1.3.1JVM上使用newObject（）的12倍
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