轉載自?「深入Java」類型信息：RTTI和反射

1.RTTI Run-Time Type Infomation 運行時類型信息

為什么需要RTTI？

越是優秀的面向對象設計，越是強調高內聚低耦合，正如依賴倒轉原則所說：“無論是高層模塊還是低層模塊，都應該針對抽象編程”。

比如說我們有一個抽象父類：

Shape draw()

以下是三個具體類：

Circle draw() Square draw() Triangle draw()

某些情況下，我們持有Shape，但卻遠遠不夠——因為我們想要針對它的具體類型進行特殊處理，然而我們的設計完全針對抽象，所以在當前上下文環境中無法判斷具體類型。
因為RTTI的存在，使得我們在不破壞設計的前提下得以達到目的。

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Class類與Class對象

事實上，每一個類都持有其對應的Class類的對象的引用（Object類中的getClass()能讓我們獲取到它），其中包含著與類相關的信息。
非常容易注意到，針對每一個類，編譯Java文件會生成一個二進制.class文件，這其中就保存著該類對應的Class對象的信息。

.class是用于供類加載器使用的文件

Java程序在運行之前并沒有被完全加載，各個部分是在需要時才被加載的。

為了使用類而作的準備包含三步：

加載。由類加載器執行，查找字節碼，創建一個Class對象。

鏈接。驗證字節碼，為靜態域分配存儲空間，如果必需的話，會解析這個類創建的對其他類的所有引用（比如說該類持有static域）。

初始化。如果該類有超類，則對其初始化，執行靜態初始化器[注]和靜態初始化塊。

注：原文為static initializers，經查看Thinking in Java，其意應為靜態域在定義處的初始化，如：
static Dog d = new Dog(0);。

所有的類都是在對其第一次使用時，動態加載到JVM中去的。當程序創建第一個對類的靜態成員的引用時，JVM會使用類加載器來根據類名查找同名的.class——一旦某個類的Class對象被載入內存，它就被用來創建這個類的所有對象。構造器也是類的靜態方法，使用new操作符創建新對象會被當作對類的靜態成員的引用。
注意特例：如果一個static final值是編譯期常量，讀取這個值不需要對類進行初始化。所以說對于不變常量，我們總是應該使用static final修飾。

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Class.forName(String str)

Class類有一個很有用的靜態方法forName(String str)，可以讓我們對于某個類不進行創建就得到它的Class對象的引用，例如這個樣子：

try {Class toyClass = Class.forName("com.duanze.Toy"); // 注意必須使用全限定名 } catch (ClassNotFoundException e) {}

然而，使用forName(String str)有一個副作用：如果Toy類沒有被加載，調用它會觸發Toy類的static子句（靜態初始化塊）。

與之相比，更好用的是類字面常量，像是這樣:

Class toyClass = Toy.class;

支持編譯時檢查，所以不會拋出異常。使用類字面常量創建Class對象的引用與forName(String str)不同，不會觸發Toy類的static子句（靜態初始化塊）。所以，更簡單更安全更高效。
類字面常量支持類、接口、數組、基本數據類型。

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×拓展×

Class.forName（String className）使用裝載當前類的類裝載器來裝載指定類。因為class.forName(String className)方法內部調用了Class.forName(className, true, this.getClass().getClassLoader())方法，如你所見，第三個參數就是指定類裝載器，顯而易見，它指定的是裝載當前類的類裝載器的實例，也就是this.getClass().getClassLoader();

你可以選擇手動指定裝載器：

ClassLoader cl = new ClassLoader(); Class c1 = cl.loadClass(String className, boolean resolve );

更詳細的參考

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范化的Class引用

通過范型以及通配符，我們能對Class對象的引用進行類型限定，像是：

Class<Integer> intClass = int.class; // 注意右邊是基本數據類型的類字面常量

這樣做的好處是能讓編譯器進行額外的類型檢查。
知道了這一點以后，我們可以把之前的例子改寫一下：

Class toyClass = Toy.class; Class<?> toyClass = Toy.class;

雖然這兩句是等價的，但從可讀性來說Class<?>要優于Class，這說明編程者并不是由于疏忽而選擇了非具體版本，而是特意選擇了非具體版本。

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Class.newInstance()

既然拿到了包含著類信息的Class對象的引用，我們理應可以構造出一個類的實例。Class.newInstance()就是這樣一個方法，比如：

// One try {Class<?> toyClass = Class.forName("com.duanze.Toy"); Object obj = toyClass.newInstance(); } catch (ClassNotFoundException e) {}// Two Class<?> toyClass = Toy.class; Object obj = toyClass.newInstance();

使用newInstance()創建的類，必須帶有默認構造器。
由于toyClass僅僅只是一個Class對象引用，在編譯期不具備更進一步的類型信息，所以你使用newInstance()時只會得到一個Object引用。如果你需要拿到確切類型，需要這樣做：

Class<Toy> toyClass = Toy.class; Toy obj = toyClass.newInstance();

但是，如果你遇到下面的情況，還是只能拿到Object引用：

Class<SubToy> subToyClass = SubToy.class; Class<? super SubToy> upClass = subToy.getSuperclass(); // 希望拿到SubToy的父類Toy的Class對象引用 // This won't compile: // Class<Toy> upClass = subToy.getSuperclass(); // Only produces Object: Object obj = upClass.newInstance();

雖然從常理上來講，編譯器應該在編譯期就能知道SubToy的超類是Toy，但實際上卻并不支持這樣寫：

// This won't compile: Class<Toy> upClass = subToy.getSuperclass();

而只能夠接受：

Class<? super SubToy> upClass = subToy.getSuperclass(); // 希望拿到SubToy的父類Toy

這看上去有些奇怪，但現狀就是如此，我們惟有接受。好在這并不是什么大問題，因為轉型操作并不困難。

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類型檢查

在進行類型轉換之前，可以使用instanceof關鍵字進行類型檢查，像是：

if ( x instanceof Shape ) {Shape s = (Shape)x; }

一般情況下instanceof已經夠用，但有些時候你可能需要更動態的測試途徑:Class.isInstance(Class clz):

Class<Shape> s = Shape.class; s.isInstance(x);

可以看到，與instanceof相比，isInstance()的左右兩邊都是可變的，這一動態性有時可以讓大量包裹在if else...中的instanceof縮減為一句。

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2.反射

不知道你注意到了沒有，以上使用的RTTI都具有一個共同的限制：在編譯時，編譯器必須知道所有要通過RTTI來處理的類。

但有的時候，你獲取了一個對象引用，然而其對應的類并不在你的程序空間中，怎么辦？（這種情況并不少見，比如說你從磁盤文件或者網絡中獲取了一串字串，并且被告知這一串字串代表了一個類，這個類在編譯器為你的程序生成代碼之后才會出現。）

Class類和java.lang.reflect類庫一同對反射的概念提供了支持。反射機制并沒有什么神奇之處，當通過反射與一個未知類型的對象打交道時，JVM只是簡單地檢查這個對象，看它屬于哪個特定的類。因此，那個類的.class對于JVM來說必須是可獲取的，要么在本地機器上，要么從網絡獲取。所以對于RTTI和反射之間的真正區別只在于：

• RTTI，編譯器在編譯時打開和檢查.class文件
• 反射，運行時打開和檢查.class文件

明白了以上概念后，什么getFields(),getMethods(),getConstructors()之類的方法基本上全都可以望文生義了。

我們可以看一下Android開發中經常用的對于ActionBar，讓Overflow中的選項顯示圖標這一效果是怎么做出來的：

/* overflow中的Action按鈕應不應該顯示圖標， 是由MenuBuilder這個類的setOptionalIconsVisible方法來決定的， 如果我們在overflow被展開的時候給這個方法傳入true， 那么里面的每一個Action按鈕對應的圖標就都會顯示出來了。 */@Override public boolean onMenuOpened(int featureId, Menu menu) {if (featureId == Window.FEATURE_ACTION_BAR && menu != null) {if (menu.getClass().getSimpleName().equals("MenuBuilder")) {try {// Boolean.TYPE 同 boolean.classMethod m = menu.getClass().getDeclaredMethod("setOptionalIconsVisible", Boolean.TYPE); // 通過setAccessible(true)，確保可以調用方法——即使是private方法m.setAccessible(true);// 相當于：menu.setOptionalIconsVisible(true) m.invoke(menu, true);} catch (Exception e) {}}}return super.onMenuOpened(featureId, menu); }

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×拓展：動態代理×

Java中對于反射的一處重要使用為動態代理，可以參考這篇IBM developerworks的文章

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參考資料

• 《Java編程思想》
• http://blog.csdn.net/guolin_blog/article/details/18234477#t7
• http://yanwushu.sinaapp.com/class_forname/

總結

以上是生活随笔為你收集整理的深入Java类型信息：RTTI和反射的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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