「深入Java」类型信息：RTTI和反射
1.RTTI Run-Time Type Infomation 运行时类型信息
为什么需要RTTI？
越是优秀的面向对象设计，越是强调高内聚低耦合，正如依赖倒转原则所说：“无论是高层模块还是低层模块，都应该针对抽象编程”。
比如说我们有一个抽象父类：
| 1 | Shape draw() |
以下是三个具体类：
| 1 2 3 | Circle draw() Square draw() Triangle draw() |
某些情况下，我们持有Shape，但却远远不够——因为我们想要针对它的具体类型进行特殊处理，然而我们的设计完全针对抽象，所以在当前上下文环境中无法判断具体类型。
因为RTTI的存在，使得我们在不破坏设计的前提下得以达到目的。
Class类与Class对象
事实上，每一个类都持有其对应的Class类的对象的引用（Object类中的getClass()能让我们获取到它），其中包含着与类相关的信息。
非常容易注意到，针对每一个类，编译Java文件会生成一个二进制.class文件，这其中就保存着该类对应的Class对象的信息。
.class是用于供类加载器使用的文件
Java程序在运行之前并没有被完全加载，各个部分是在需要时才被加载的。
为了使用类而作的准备包含三步：
注：原文为static initializers，经查看Thinking in Java，其意应为静态域在定义处的初始化，如：
static Dog d = new Dog(0);。
所有的类都是在对其第一次使用时，动态加载到JVM中去的。当程序创建第一个对类的静态成员的引用时，JVM会使用类加载器来根据类名查找同名的.class——一旦某个类的Class对象被载入内存，它就被用来创建这个类的所有对象。构造器也是类的静态方法，使用new操作符创建新对象会被当作对类的静态成员的引用。
注意特例：如果一个static final值是编译期常量，读取这个值不需要对类进行初始化。所以说对于不变常量，我们总是应该使用static final修饰。
Class.forName(String str)
Class类有一个很有用的静态方法forName(String str)，可以让我们对于某个类不进行创建就得到它的Class对象的引用，例如这个样子：
| 1 2 3 4 5 | try { Class toyClass = Class.forName("com.duanze.Toy"); // 注意必须使用全限定名 } catch (ClassNotFoundException e) { } |
然而，使用forName(String str)有一个副作用：如果Toy类没有被加载，调用它会触发Toy类的static子句（静态初始化块）。
与之相比，更好用的是类字面常量，像是这样:
| 1 | Class toyClass = Toy.class; |
支持编译时检查，所以不会抛出异常。使用类字面常量创建Class对象的引用与forName(String str)不同，不会触发Toy类的static子句（静态初始化块）。所以，更简单更安全更高效。
类字面常量支持类、接口、数组、基本数据类型。
×拓展×
Class.forName（String className）使用装载当前类的类装载器来装载指定类。因为class.forName(String className)方法内部调用了Class.forName(className, true, this.getClass().getClassLoader())方法，如你所见，第三个参数就是指定类装载器，显而易见，它指定的是装载当前类的类装载器的实例，也就是this.getClass().getClassLoader();
你可以选择手动指定装载器：
| 1 2 | ClassLoader cl = new ClassLoader(); Class c1 = cl.loadClass(String className, boolean resolve ); |
更详细的参考
范化的Class引用
通过范型以及通配符，我们能对Class对象的引用进行类型限定，像是：
| 1 | Class<Integer> intClass = int.class; // 注意右边是基本数据类型的类字面常量 |
这样做的好处是能让编译器进行额外的类型检查。
知道了这一点以后，我们可以把之前的例子改写一下：
| 1 2 | Class toyClass = Toy.class; Class<?> toyClass = Toy.class; |
虽然这两句是等价的，但从可读性来说Class<?>要优于Class，这说明编程者并不是由于疏忽而选择了非具体版本，而是特意选择了非具体版本。
Class.newInstance()
既然拿到了包含着类信息的Class对象的引用，我们理应可以构造出一个类的实例。Class.newInstance()就是这样一个方法，比如：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | // 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()创建的类，必须带有默认构造器。
由于toyClass仅仅只是一个Class对象引用，在编译期不具备更进一步的类型信息，所以你使用newInstance()时只会得到一个Object引用。如果你需要拿到确切类型，需要这样做：
| 1 2 | Class<Toy> toyClass = Toy.class; Toy obj = toyClass.newInstance(); |
但是，如果你遇到下面的情况，还是只能拿到Object引用：
| 1 2 3 4 5 6 | Class<SubToy> subToyClass = SubToy.class; Class<? super SubToy> upClass = subToy.getSuperclass(); // 希望拿到SubToy的父类Toy的Class对象引用 // This won't compile: // Class<Toy> upClass = subToy.getSuperclass(); // Only produces Object: Object obj = upClass.newInstance(); |
虽然从常理上来讲，编译器应该在编译期就能知道SubToy的超类是Toy，但实际上却并不支持这样写：
| 1 2 | // This won't compile: Class<Toy> upClass = subToy.getSuperclass(); |
而只能够接受：
| 1 | Class<? super SubToy> upClass = subToy.getSuperclass(); // 希望拿到SubToy的父类Toy |
这看上去有些奇怪，但现状就是如此，我们惟有接受。好在这并不是什么大问题，因为转型操作并不困难。
类型检查
在进行类型转换之前，可以使用instanceof关键字进行类型检查，像是：
| 1 2 3 | if ( x instanceof Shape ) { Shape s = (Shape)x; } |
一般情况下instanceof已经够用，但有些时候你可能需要更动态的测试途径:Class.isInstance(Class clz):
| 1 2 | Class<Shape> s = Shape.class; s.isInstance(x); |
可以看到，与instanceof相比，isInstance()的左右两边都是可变的，这一动态性有时可以让大量包裹在if else...中的instanceof缩减为一句。
2.反射
不知道你注意到了没有，以上使用的RTTI都具有一个共同的限制：在编译时，编译器必须知道所有要通过RTTI来处理的类。
但有的时候，你获取了一个对象引用，然而其对应的类并不在你的程序空间中，怎么办？（这种情况并不少见，比如说你从磁盘文件或者网络中获取了一串字串，并且被告知这一串字串代表了一个类，这个类在编译器为你的程序生成代码之后才会出现。）
Class类和java.lang.reflect类库一同对反射的概念提供了支持。反射机制并没有什么神奇之处，当通过反射与一个未知类型的对象打交道时，JVM只是简单地检查这个对象，看它属于哪个特定的类。因此，那个类的.class对于JVM来说必须是可获取的，要么在本地机器上，要么从网络获取。所以对于RTTI和反射之间的真正区别只在于：
- RTTI，编译器在编译时打开和检查.class文件
- 反射，运行时打开和检查.class文件
明白了以上概念后，什么getFields(),getMethods(),getConstructors()之类的方法基本上全都可以望文生义了。
我们可以看一下Android开发中经常用的对于ActionBar，让Overflow中的选项显示图标这一效果是怎么做出来的：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | /* overflow中的Action按钮应不应该显示图标， 是由MenuBuilder这个类的setOptionalIconsVisible方法来决定的， 如果我们在overflow被展开的时候给这个方法传入true， 那么里面的每一个Action按钮对应的图标就都会显示出来了。 */ @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.class Method m = menu.getClass().getDeclaredMethod("setOptionalIconsVisible", Boolean.TYPE); // 通过setAccessible(true)，确保可以调用方法——即使是private方法 m.setAccessible(true); // 相当于：menu.setOptionalIconsVisible(true) m.invoke(menu, true); } catch (Exception e) { } } } return super.onMenuOpened(featureId, menu); } |
×拓展：动态代理×
Java中对于反射的一处重要使用为动态代理，可以参考这篇IBM developerworks的文章
参考资料
- 《Java编程思想》
- http://blog.csdn.net/guolin_blog/article/details/18234477#t7
- http://yanwushu.sinaapp.com/class_forname/
总结
以上是生活随笔为你收集整理的「深入Java」类型信息：RTTI和反射的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。
- 上一篇： Class对象和Java反射机制
- 下一篇： 粗浅看 java反射机制