如果有人再問你 Java 的反射，把這篇文章扔給他

沉默王二發表於2019-11-08
Java反射

在 Java 中，並不是所有的型別資訊都能在編譯階段明確，有一些型別資訊需要在執行時才能確定，這種機制被稱為 RTTI，英文全稱為 Run-Time Type Identification，即執行時型別識別，有沒有一點“知行合一”的味道？執行時型別識別主要由Class類實現。

在日常的學習工作當中，有一些知識是我們在讀書的時候就能夠習得；但有一些知識不是的，需要在實踐的時候才能得到真知——這或許就是王陽明提倡的“知行合一”。

01、 Class類

在Java中，我們常用“class”（首字母為小寫的c）關鍵字來定義一個類，說這個類是對某一類物件的抽象。你比如說王二是一個網路知名作者，我們可以這樣簡單地定義作者類：

package com.cmower.java_demo.fifteen;

class Author {
	private String pen_name;
	private String real_name;
}
複製程式碼

現在，我們想知道Writer這個類本身的一些資訊（比如說類名），該怎麼辦呢？這時候就需要用到“Class”（首字母為大寫的C）類，該類包含了與類有關的資訊。請看以下程式碼：

public class Test {
	public static void main (String [] args) {
		Author wanger = new Author();
		Class c1 = wanger.getClass();
		System.out.println(c1.getName());
		//輸出 com.cmower.java_demo.fifteen.Author
	}
}
複製程式碼

當我們建立了作者物件wanger後，就可以通過wanger.getClass()獲取wanger的Class物件，通過c1.getName()可獲得wanger物件的類名。

想象一下，經過五年的刻意練習，王二從一名寫作愛好者晉升為一名作家了。我們用程式碼來假裝一下：

package com.cmower.java_demo.fifteen;

class Author {
	private String pen_name;
	private String real_name;
}

class Writer extends Author {
	private String honour;
}

public class Test {
	public static void main (String [] args) {
		Author wanger = new Writer();
		Class c1 = wanger.getClass();
		System.out.println(c1.getName());
		//輸出 com.cmower.java_demo.fifteen.Writer
	}
}
複製程式碼

在上例中，即使我們將Writer的物件引用wanger向上轉型為Author，wanger的Class物件型別依然是Writer（通過輸出結果可以判定）。這也就是說，Java能夠在執行時自動識別型別的資訊，它不會因為wanger的引用型別是Author而丟失wanger真正的型別資訊（Writer）。Java是怎麼做到這一點呢？

當Java建立某個類的物件，比如Writer類物件時，Java會檢查記憶體中是否有相應的Class物件。如果記憶體中沒有相應的Class物件，那麼Java會在.class檔案中尋找Writer類的定義，並載入Writer類的Class物件。

一旦Class物件載入成功，就可以用它來建立這種型別的所有物件。這也就是說，每個物件在執行時都會有對應的Class物件，這個Class物件包含了這個物件的型別資訊。因此，我們能夠通過Class物件知道某個物件“真正”的型別，並不會因為向上轉型而丟失。

02、 獲取Class物件的其他方式

在使用getClass()方法獲取一個類的Class物件時，我們必須要先獲取這個類的物件，比如上面提到的wanger。如果我們之前沒有獲取這個類的物件，就需要用另外兩種方式來獲取類的Class物件：

Class c2 = Writer.class;
System.out.println(c2.getName());

try {
	Class c3 = Class.forName("com.cmower.java_demo.fifteen.Writer");
	System.out.println(c3.getName());
} catch (ClassNotFoundException e) {
	e.printStackTrace();
}
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1）當使用.class來獲取Class物件時，不會自動地初始化該Class物件，初始化被延遲到了對靜態方法或者非final靜態域進行首次引用時才執行。這樣做不僅更簡單，而且更安全，因為它在編譯時就會受到檢查（因此不需要置於try語句塊中）。

2）Class.forName會自動地初始化該Class物件，但需要指定類名，並且需要置於try語句塊中。

03、 Class類提供的常用方法

Class類為我們提供了一些非常有用的方法，比如說getName()用來返回類名，getPackage()返回類所在的包名。

我們還可以利用Class類提供的newInstance()方法來建立相應類的物件，比如:

Class c2 = Writer.class;
System.out.println(c2.getName());

try {
	Writer wangsan = (Writer) c2.newInstance();
	System.out.println(wangsan);
	// 輸出：com.cmower.java_demo.fifteen.Writer@7852e922
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException e1) {
	e1.printStackTrace();
}
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由於我們在建立Class物件c2時沒有使用泛型，所以newInstance()返回的物件型別需要強轉為Writer。我們可以在此基礎上進行改進，示例如下：

Class<Writer> c4 = Writer.class;
System.out.println(c4.getName());

try {
	Writer wangsan = c4.newInstance();
	System.out.println(wangsan);
	// 輸出：com.cmower.java_demo.fifteen.Writer@7852e922
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException e1) {
	e1.printStackTrace();
}
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04、 反射

我們還可以通過getFields()獲取所有public修飾的欄位，通過getMethods()返回所有public修飾的方法。

甚至，我們還可以通過getDeclaredFields()獲取更多欄位，包括公共、受保護、預設(包)訪問和私有欄位，但不包括繼承欄位。對應的，getDeclaredMethods()用來獲取更多方法。示例如下：

package com.cmower.java_demo.fifteen;

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

class Author {
	private String pen_name;
	private String real_name;
}

class Writer extends Author {
	private String honour;

	private void makeMoney() {
		System.out.println("很多很多錢");
	}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args) {

		Class<Writer> c4 = Writer.class;
		System.out.println(c4.getName());

		try {
			Writer wangsan = c4.newInstance();
			System.out.println(wangsan);

			Field[] fields = c4.getDeclaredFields();
			for (Field field : fields) {
				System.out.println(field.getName());
			}

			Method[] methods = c4.getDeclaredMethods();
			for (Method method : methods) {
				System.out.println(method.getName());
			}
		} catch (InstantiationException | IllegalAccessException e1) {
			e1.printStackTrace();
		}

	}
}
複製程式碼

上面的例子其實涉及到了反射，Field、Method（還有例子中未提到的Constructor）都來自java.lang.reflect類庫。Class類與java.lang.reflect類庫一起對反射的概念進行了支援。

有時候，我們需要從磁碟檔案或網路檔案中讀取一串位元組碼，並把它轉換成一個類，這時候就需要用到反射。最常見的典型例子就是將一串JSON字串（在網路傳輸中最初的形態可能是位元組陣列）反射為對應型別的物件。

阿里巴巴提供的FastJSON提供了 toJSONString() 和 parseObject() 方法來將 Java 物件與 JSON 相互轉換。呼叫toJSONString方法即可將物件轉換成 JSON 字串，parseObject 方法則反過來將 JSON 字串轉換成物件。FastJSON的內部其實用的就是反射機制。

package com.cmower.common.util;

import java.io.UnsupportedEncodingException;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;

import com.alibaba.fastjson.JSON;

@SuppressWarnings("all")
public class JsonUtil {
	private static Log logger = LogFactory.getLog("json");

	public static byte[] objectToByte(Object obj) throws UnsupportedEncodingException {
		String jsonStr = JSON.toJSONString(obj);
		logger.debug("序列化後資料：" + jsonStr);
		return jsonStr.getBytes("UTF-8");
	}

	public static <T> T byteToObject(byte[] data, Class<T> obj) throws UnsupportedEncodingException {
		String objectString = new String(data, "UTF-8");
		logger.debug("反序列化後資料 : " + objectString);
		return JSON.parseObject(objectString, obj);
	}
	
	public static <T> Object stringToObject(String data, Class<T> obj) throws UnsupportedEncodingException {
		logger.debug("反序列化後資料 : " + data);
		return JSON.parseObject(data, obj);
	}
}
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05、 總結

為了完成這篇文章，我特意和沉默王二交流群的一名技術專家聊了聊，問他了幾個很傻的問題：“‘執行時’是什麼意思？是站在Java虛擬機器的角度，還是程式設計師的角度？”

他給了我很好的解釋和啟發，我不由覺得非常的慚愧，作為一名年紀頗長的Java學習者，竟然對理論知識薄弱到令人髮指的地步——不知道你是否也有這樣的困惑？

但寫作的好處就在於此，在向讀者解釋“Java如何在執行時識別型別資訊”的過程中，我的思路逐漸地清晰了起來——這真是一個自我提升的好辦法！

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