java反射机制（一）
一.什么是动态语言有三个名词容易混淆：
Dynamic Programming Language (动态语言或动态编程语言)
Dynamically Typed Language (动态类型语言)
Statically Typed Language (静态类型语言)
动态语言，准确地说，是指程序在运行时可以改变其结构：新的函数可以被引进，已有的函数可以被删除等在结构上的变化。比如众所周知的ECMAScript(JavaScript)便是一个动态语言。除此之外如Ruby、Python等也都属于动态语言，而C、C++等语言则不属于动态语言。
所谓的动态类型语言，意思就是类型的检查是在运行时做的，比如如下代码是不是合法的要到运行时才判断（注意是运行时的类型判断）：
def sum(a, b):
return a + b
而静态类型语言的类型判断是在运行前判断（如编译阶段），比如C#就是一个静态类型语言，静态类型语言为了达到多态会采取一些类型鉴别手段，如继承、接口，而动态类型语言却不需要，所以一般动态语言都会采用dynamic typing，常出现于脚本语言中。（idior不知道这能不能回答你对动态语言多态的疑问^_^）
这里我需要明确说明一点，那就是，是不是动态类型语言与这门语言是不是类型安全的完全不相干的，不要将它们联系在一起！
静态类型语言的主要优点在于其结构非常规范，便于调试，方便类型安全；缺点是为此需要写更多的类型相关代码，导致不便于阅读、不清晰明了。动态类型语言的优点在于方便阅读，不需要写非常多的类型相关的代码；缺点自然就是不方便调试，命名不规范时会造成读不懂，不利于理解等。顺便说一下，现在有这样一种趋势，那就是合并动态类型与静态类型在一种语言中，这样可以在必要的时候取长补短，Boo就是一个很好的试验性例子。
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。这些APIs将在稍后的探险活动中一一亮相。
#001 public final
#002 class Class<T> implements java.io.Serializable,
#003 java.lang.reflect.GenericDeclaration,
#004 java.lang.reflect.Type,
#005 java.lang.reflect.AnnotatedElement {
#006 private Class() {}
#007 public String toString() {
#008 return ( isInterface() ? "interface " :
#009 (isPrimitive() ? "" : "class "))
#010 + getName();
#011 }
...
图1：Class class片段。注意它的private empty ctor，意指不允许任何人经由编程方式产生Class object。是的，其object 只能由JVM 产生。
“Class” object的取得途径<strong />
Java允许我们从多种管道为一个class生成对应的Class object。图2是一份整理。
Class object 诞生管道
示例
运用getClass()
注：每个class 都有此函数
String str = "abc";
Class c1 = str.getClass();
运用
Class.getSuperclass()2
Button b = new Button();
Class c1 = b.getClass();
Class c2 = c1.getSuperclass();
运用static method
Class.forName()
（最常被使用）
Class c1 = Class.forName ("java.lang.String");
Class c2 = Class.forName ("java.awt.Button");
Class c3 = Class.forName ("java.util.LinkedList$Entry");
Class c4 = Class.forName ("I");
Class c5 = Class.forName ("[I");
运用
.class 语法
Class c1 = String.class;
Class c2 = java.awt.Button.class;
Class c3 = Main.InnerClass.class;
Class c4 = int.class;
Class c5 = int[].class;
运用
primitive wrapper classes
的TYPE 语法
Class c1 = Boolean.TYPE;
Class c2 = Byte.TYPE;
Class c3 = Character.TYPE;
Class c4 = Short.TYPE;
Class c5 = Integer.TYPE;
Class c6 = Long.TYPE;
Class c7 = Float.TYPE;
Class c8 = Double.TYPE;
Class c9 = Void.TYPE;
图2：Java 允许多种管道生成Class object。<strong />
Java classes 组成分析<strong />
首先容我以图3的java.util.LinkedList为例，将Java class的定义大卸八块，每一块分别对应图4所示的Reflection API。图5则是“获得class各区块信息”的程序示例及执行结果，它们都取自本文示例程序的对应片段。
package java.util; //(1)
import java.lang.*; //(2)
public class LinkedList<E> //(3)(4)(5)
extends AbstractSequentialList<E> //(6)
implements List<E>, Queue<E>,
Cloneable, java.io.Serializable //(7)
{
private static class Entry<E> { … }//(8)
public LinkedList() { … } //(9)
public LinkedList(Collection<? extends E> c) { … }
public E getFirst() { … } //(10)
public E getLast() { … }
private transient Entry<E> header = …; //(11)
private transient int size = 0;
}
图3：将一个Java class 大卸八块，每块相应于一个或一组Reflection APIs（图4）。<strong />
Java classes 各成份所对应的Reflection APIs
图3的各个Java class成份，分别对应于图4的Reflection API，其中出现的Package、Method、Constructor、Field等等classes，都定义于java.lang.reflect。
Java class 内部模块（参见图3）
Java class 内部模块说明
相应之Reflection API，多半为Class methods。
返回值类型(return type)
(1) package
class隶属哪个package
getPackage()
Package
(2) import
class导入哪些classes
无直接对应之API。
解决办法见图5-2。
(3) modifier
class（或methods, fields）的属性
int getModifiers()
Modifier.toString(int)
Modifier.isInterface(int)
int
String
bool
(4) class name or interface name
class/interface
名称getName()
String
(5) type parameters
参数化类型的名称
getTypeParameters()
TypeVariable <Class>[]
(6) base class
base class（只可能一个）
getSuperClass()
Class
(7) implemented interfaces
实现有哪些interfaces
getInterfaces()
Class[]
(8) inner classes
内部classes
getDeclaredClasses()
Class[]
(8') outer class
如果我们观察的class 本身是inner classes，那么相对它就会有个outer class。
getDeclaringClass()
Class
(9) constructors
构造函数getDeclaredConstructors()
不论 public 或private 或其它access level，皆可获得。另有功能近似之取得函数。
Constructor[]
(10) methods
操作函数getDeclaredMethods()
不论 public 或private 或其它access level，皆可获得。另有功能近似之取得函数。
Method[]
(11) fields
字段（成员变量）
getDeclaredFields()不论 public 或private 或其它access level，皆可获得。另有功能近似之取得函数。
Field[]
图4：Java class大卸八块后（如图3），每一块所对应的Reflection API。本表并非<strong />
Reflection APIs 的全部。<strong />
Java Reflection API 运用示例<strong />
图5示范图4提过的每一个Reflection API，及其执行结果。程序中出现的tName()是个辅助函数，可将其第一自变量所代表的“Java class完整路径字符串”剥除路径部分，留下class名称，储存到第二自变量所代表的一个hashtable去并返回（如果第二自变量为null，就不储存而只是返回）。
#001 Class c = null;
#002 c = Class.forName(args);
#003
#004 Package p;
#005 p = c.getPackage();
#006
#007 if (p != null)
#008 System.out.println("package "+p.getName()+";");
执行结果（例）：
package java.util;
图5-1：找出class 隶属的package。其中的c将继续沿用于以下各程序片段。<strong />
#001 ff = c.getDeclaredFields();
#002 for (int i = 0; i < ff.length; i++)
#003 x = tName(ff.getType().getName(), classRef);
#004
#005 cn = c.getDeclaredConstructors();
#006 for (int i = 0; i < cn.length; i++) {
#007 Class cx[] = cn.getParameterTypes();
#008 for (int j = 0; j < cx.length; j++)
#009 x = tName(cx.getName(), classRef);
#010 }
#011
#012 mm = c.getDeclaredMethods();
#013 for (int i = 0; i < mm.length; i++) {
#014 x = tName(mm.getReturnType().getName(), classRef);
#015 Class cx[] = mm.getParameterTypes();
#016 for (int j = 0; j < cx.length; j++)
#017 x = tName(cx.getName(), classRef);
#018 }
#019 classRef.remove(c.getName()); //不必记录自己（不需import 自己）
执行结果（例）：
import java.util.ListIterator;
import java.lang.Object;
import java.util.LinkedList$Entry;
import java.util.Collection;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
图5-2：找出导入的classes，动作细节详见内文说明。<strong />
#001 int mod = c.getModifiers();
#002 System.out.print(Modifier.toString(mod)); //整个modifier
#003
#004 if (Modifier.isInterface(mod))
#005 System.out.print(" "); //关键词 "interface" 已含于modifier
#006 else
#007 System.out.print(" class "); //关键词 "class"
#008 System.out.print(tName(c.getName(), null)); //class 名称
执行结果（例）：
public class LinkedList
图5-3：找出class或interface 的名称，及其属性（modifiers）。<strong />
#001 TypeVariable<Class>[] tv;
#002 tv = c.getTypeParameters(); //warning: unchecked conversion
#003 for (int i = 0; i < tv.length; i++) {
#004 x = tName(tv.getName(), null); //例如 E,K,V...
#005 if (i == 0) //第一个
#006 System.out.print("<" + x);
#007 else //非第一个
#008 System.out.print("," + x);
#009 if (i == tv.length-1) //最后一个
#010 System.out.println(">");
#011 }
执行结果（例）：
public abstract interface Map<K,V>
或 public class LinkedList<E>
图5-4：找出parameterized types 的名称<strong />
#001 Class supClass;
#002 supClass = c.getSuperclass();
#003 if (supClass != null) //如果有super class
#004 System.out.print(" extends" +
#005 tName(supClass.getName(),classRef));
执行结果（例）：
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList,
图5-5：找出base class。执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。此非本处重点，为简化计，不多做处理。<strong />
#001 Class cc[];
#002 Class ctmp;
#003 //找出所有被实现的interfaces
#004 cc = c.getInterfaces();
#005 if (cc.length != 0)
#006 System.out.print(", \r\n" + " implements "); //关键词
#007 for (Class cite : cc) //JDK1.5 新式循环写法
#008 System.out.print(tName(cite.getName(), null)+", ");
执行结果（例）：
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList,
implements List, Queue, Cloneable, Serializable,
图5-6：找出implemented interfaces。执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。此非本处重点，为简化计，不多做处理。<strong />
#001 cc = c.getDeclaredClasses(); //找出inner classes
#002 for (Class cite : cc)
#003 System.out.println(tName(cite.getName(), null));
#004
#005 ctmp = c.getDeclaringClass(); //找出outer classes
#006 if (ctmp != null)
#007 System.out.println(ctmp.getName());
执行结果（例）：
LinkedList$Entry
LinkedList$ListItr
图5-7：找出inner classes 和outer class
#001 Constructor cn[];
#002 cn = c.getDeclaredConstructors();
#003 for (int i = 0; i < cn.length; i++) {
#004 int md = cn.getModifiers();
#005 System.out.print(" " + Modifier.toString(md) + " " +
#006 cn.getName());
#007 Class cx[] = cn.getParameterTypes();
#008 System.out.print("(");
#009 for (int j = 0; j < cx.length; j++) {
#010 System.out.print(tName(cx.getName(), null));
#011 if (j < (cx.length - 1)) System.out.print(", ");
#012 }
#013 System.out.print(")");
#014 }
执行结果（例）：
public java.util.LinkedList(Collection)
public java.util.LinkedList()
图5-8a：找出所有constructors
#004 System.out.println(cn.toGenericString());
执行结果（例）：
public java.util.LinkedList(java.util.Collection<? extends E>)
public java.util.LinkedList()
图5-8b：找出所有constructors。本例在for 循环内使用toGenericString()，省事。<strong />
#001 Method mm[];
#002 mm = c.getDeclaredMethods();
#003 for (int i = 0; i < mm.length; i++) {
#004 int md = mm.getModifiers();
#005 System.out.print(" "+Modifier.toString(md)+" "+
#006 tName(mm.getReturnType().getName(), null)+" "+
#007 mm.getName());
#008 Class cx[] = mm.getParameterTypes();
#009 System.out.print("(");
#010 for (int j = 0; j < cx.length; j++) {
#011 System.out.print(tName(cx.getName(), null));
#012 if (j < (cx.length - 1)) System.out.print(", ");
#013 }
#014 System.out.print(")");
#015 }
执行结果（例）：
public Object get(int)
public int size()
图5-9a：找出所有methods
#004 System.out.println(mm.toGenericString());
public E java.util.LinkedList.get(int)
public int java.util.LinkedList.size()
图5-9b：找出所有methods。本例在for 循环内使用toGenericString()，省事。<strong />
#001 Field ff[];
#002 ff = c.getDeclaredFields();
#003 for (int i = 0; i < ff.length; i++) {
#004 int md = ff.getModifiers();
#005 System.out.println(" "+Modifier.toString(md)+" "+
#006 tName(ff.getType().getName(), null) +" "+
#007 ff.getName()+";");
#008 }
执行结果（例）：
private transient LinkedList$Entry header;
private transient int size;
图5-10a：找出所有fields
#004 System.out.println("G: " + ff.toGenericString());
private transient java.util.LinkedList.java.util.LinkedList$Entry<E> ??
java.util.LinkedList.header
private transient int java.util.LinkedList.size
图5-10b：找出所有fields。本例在for 循环内使用toGenericString()，省事。<strong />
找出class参用（导入）的所有classes
没有直接可用的Reflection API可以为我们找出某个class参用的所有其它classes。要获得这项信息，必须做苦工，一步一脚印逐一记录。我们必须观察所有fields的类型、所有methods（包括constructors）的参数类型和回返类型，剔除重复，留下唯一。这正是为什么图5-2程序代码要为tName()指定一个hashtable（而非一个null）做为第二自变量的缘故：hashtable可为我们储存元素（本例为字符串），又保证不重复。
本文讨论至此，几乎可以还原一个class的原貌（唯有methods 和ctors的定义无法取得）。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。<strong />
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