如果有人再問(wèn)你 Java 的反射，把這篇文章扔給他

在 Java 中，并不是所有的類型信息都能在編譯階段明確，有一些類型信息需要在運(yùn)行時(shí)才能確定，這種機(jī)制被稱為 RTTI，英文全稱為 Run-Time Type Identification，即運(yùn)行時(shí)類型識(shí)別，有沒(méi)有一點(diǎn)“知行合一”的味道？運(yùn)行時(shí)類型識(shí)別主要由Class類實(shí)現(xiàn)。

在日常的學(xué)習(xí)工作當(dāng)中，有一些知識(shí)是我們?cè)谧x書的時(shí)候就能夠習(xí)得；但有一些知識(shí)不是的，需要在實(shí)踐的時(shí)候才能得到真知——這或許就是王陽(yáng)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(guān)鍵字來(lái)定義一個(gè)類，說(shuō)這個(gè)類是對(duì)某一類對(duì)象的抽象。你比如說(shuō)王二是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)知名作者，我們可以這樣簡(jiǎn)單地定義作者類：

package com.cmower.java_demo.fifteen;

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

現(xiàn)在，我們想知道Writer這個(gè)類本身的一些信息（比如說(shuō)類名），該怎么辦呢？這時(shí)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(guān)的信息。請(qǐng)看以下代碼：

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
    }
}

當(dāng)我們創(chuàng)建了作者對(duì)象wanger后，就可以通過(guò)wanger.getClass()獲取wanger的Class對(duì)象，通過(guò)c1.getName()可獲得wanger對(duì)象的類名。

想象一下，經(jīng)過(guò)五年的刻意練習(xí)，王二從一名寫作愛(ài)好者晉升為一名作家了。我們用代碼來(lái)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
    }
}

在上例中，即使我們將Writer的對(duì)象引用wanger向上轉(zhuǎn)型為Author，wanger的Class對(duì)象類型依然是Writer（通過(guò)輸出結(jié)果可以判定）。這也就是說(shuō)，Java能夠在運(yùn)行時(shí)自動(dòng)識(shí)別類型的信息，它不會(huì)因?yàn)閣anger的引用類型是Author而丟失wanger真正的類型信息（Writer）。Java是怎么做到這一點(diǎn)呢？

當(dāng)Java創(chuàng)建某個(gè)類的對(duì)象，比如Writer類對(duì)象時(shí)，Java會(huì)檢查內(nèi)存中是否有相應(yīng)的Class對(duì)象。如果內(nèi)存中沒(méi)有相應(yīng)的Class對(duì)象，那么Java會(huì)在.class文件中尋找Writer類的定義，并加載Writer類的Class對(duì)象。

一旦Class對(duì)象加載成功，就可以用它來(lái)創(chuàng)建這種類型的所有對(duì)象。這也就是說(shuō)，每個(gè)對(duì)象在運(yùn)行時(shí)都會(huì)有對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象，這個(gè)Class對(duì)象包含了這個(gè)對(duì)象的類型信息。因此，我們能夠通過(guò)Class對(duì)象知道某個(gè)對(duì)象“真正”的類型，并不會(huì)因?yàn)橄蛏限D(zhuǎn)型而丟失。

02、 獲取Class對(duì)象的其他方式

在使用getClass()方法獲取一個(gè)類的Class對(duì)象時(shí)，我們必須要先獲取這個(gè)類的對(duì)象，比如上面提到的wanger。如果我們之前沒(méi)有獲取這個(gè)類的對(duì)象，就需要用另外兩種方式來(lái)獲取類的Class對(duì)象：

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();
}

1）當(dāng)使用.class來(lái)獲取Class對(duì)象時(shí)，不會(huì)自動(dòng)地初始化該Class對(duì)象，初始化被延遲到了對(duì)靜態(tài)方法或者非final靜態(tài)域進(jìn)行首次引用時(shí)才執(zhí)行。這樣做不僅更簡(jiǎn)單，而且更安全，因?yàn)樗诰幾g時(shí)就會(huì)受到檢查（因此不需要置于try語(yǔ)句塊中）。

2）Class.forName會(huì)自動(dòng)地初始化該Class對(duì)象，但需要指定類名，并且需要置于try語(yǔ)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(shuō)getName()用來(lái)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(lái)創(chuàng)建相應(yīng)類的對(duì)象，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();
}

由于我們?cè)趧?chuàng)建Class對(duì)象c2時(shí)沒(méi)有使用泛型，所以newInstance()返回的對(duì)象類型需要強(qiáng)轉(zhuǎn)為Writer。我們可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，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();
}

04、 反射

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

甚至，我們還可以通過(guò)getDeclaredFields()獲取更多字段，包括公共、受保護(hù)、默認(rèn)(包)訪問(wèn)和私有字段，但不包括繼承字段。對(duì)應(yīng)的，getDeclaredMethods()用來(lái)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();
        }

    }
}

上面的例子其實(shí)涉及到了反射，F(xiàn)ield、Method（還有例子中未提到的Constructor）都來(lái)自java.lang.reflect類庫(kù)。Class類與java.lang.reflect類庫(kù)一起對(duì)反射的概念進(jìn)行了支持。

有時(shí)候，我們需要從磁盤文件或網(wǎng)絡(luò)文件中讀取一串字節(jié)碼，并把它轉(zhuǎn)換成一個(gè)類，這時(shí)候就需要用到反射。最常見的典型例子就是將一串JSON字符串（在網(wǎng)絡(luò)傳輸中最初的形態(tài)可能是字節(jié)數(shù)組）反射為對(duì)應(yīng)類型的對(duì)象。

阿里巴巴提供的FastJSON提供了 toJSONString() 和 parseObject() 方法來(lái)將 Java 對(duì)象與 JSON 相互轉(zhuǎn)換。調(diào)用toJSONString方法即可將對(duì)象轉(zhuǎn)換成 JSON 字符串，parseObject 方法則反過(guò)來(lái)將 JSON 字符串轉(zhuǎn)換成對(duì)象。FastJSON的內(nèi)部其實(shí)用的就是反射機(jī)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("序列化后數(shù)據(jù)：" + 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("反序列化后數(shù)據(jù) : " + objectString);
        return JSON.parseObject(objectString, obj);
    }

    public static <T> Object stringToObject(String data, Class<T> obj) throws UnsupportedEncodingException {
        logger.debug("反序列化后數(shù)據(jù) : " + data);
        return JSON.parseObject(data, obj);
    }
}

05、 總結(jié)

為了完成這篇文章，我特意和沉默王二交流群的一名技術(shù)專家聊了聊，問(wèn)他了幾個(gè)很傻的問(wèn)題：“‘運(yùn)行時(shí)’是什么意思？是站在Java虛擬機(jī)的角度，還是程序員的角度？”

他給了我很好的解釋和啟發(fā)，我不由覺(jué)得非常的慚愧，作為一名年紀(jì)頗長(zhǎng)的Java學(xué)習(xí)者，竟然對(duì)理論知識(shí)薄弱到令人發(fā)指的地步——不知道你是否也有這樣的困惑？

但寫作的好處就在于此，在向讀者解釋“Java如何在運(yùn)行時(shí)識(shí)別類型信息”的過(guò)程中，我的思路逐漸地清晰了起來(lái)——這真是一個(gè)自我提升的好辦法！

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