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Java如何在运行时识别类型信息?

04-19 19:45 325浏览
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在日常的学习工作当中,有一些知识是我们在读书的时候就能够习得;但有一些知识不是的,需要在实践的时候才能得到真知——这或许就是王阳明提倡的“知行合一”。

在Java中,并不是所有的类型信息都能在编译阶段明确,有一些类型信息需要在运行时才能确定,这种机制被称为RTTI,英文全称为Run-Time Type Identification,即运行时类型识别,有没有一点“知行合一”的味道?运行时类型识别主要由Class类实现。

1.Class类

在Java中,我们常用“class”(首字母为小写的c)关键字来定义一个类,说这个类是对某一类对象的抽象。你比如说王二是一个网络知名作者,我们可以这样简单地定义作者类:

package com.bjpowernode.java_demo.fifteen;
class Author {    
    private String pen_name;    
    private String real_name;
}

现在,我们想知道Author这个类本身的一些信息(比如说类名),该怎么办呢?这时候就需要用到“Class”(首字母为大写的C)类,该类包含了与类有关的信息。请看以下代码:

public class Test {    
    public static void main (String [] args) {        
        Author lisi = new Author();        
    Class c1 = lisi.getClass();        
    System.out.println(c1.getName());            
    }
}

输出: com.bjpowernode.java_demo.fifteen.Author

当我们创建了作者对象lisi后,就可以通过lisi.getClass()获取lisi的Class对象,通过c1.getName()可获得lisi对象的类名。

想象一下,经过五年的刻意练习,李四从一名写作爱好者晋升为一名作家了。我们用代码来假装一下:

package com.bjpowernode.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 lisi = new Writer();        
    Class c1 = lisi.getClass();        
    System.out.println(c1.getName());        
    }
}

输出: com.bjpowernode.java_demo.fifteen.Writer

在上例中,即使我们将Writer的对象引用lisi向上转型为Author,lisi的Class对象类型依然是Writer(通过输出结果可以判定)。这也就是说,Java能够在运行时自动识别类型的信息,它不会因为lisi的引用类型是Author而丢失lisi真正的类型信息(Writer)。Java是怎么做到这一点呢?

当Java创建某个类的对象,比如Writer类对象时,Java会检查内存中是否有相应的Class对象。如果内存中没有相应的Class对象,那么Java会在.class文件中寻找Writer类的定义,并加载Writer类的Class对象。一旦Class对象加载成功,就可以用它来创建这种类型的所有对象。这也就是说,每个对象在运行时都会有对应的Class对象,这个Class对象包含了这个对象的类型信息。因此,我们能够通过Class对象知道某个对象“真正”的类型,并不会因为向上转型而丢失。

2.获取Class对象的其他方式

在使用getClass()方法获取一个类的Class对象时,我们必须要先获取这个类的对象,比如上面提到的lisi。如果我们之前没有获取这个类的对象,就需要用另外两种方式来获取类的Class对象:

Class c2 = Writer.class;
System.out.println(c2.getName());
try {     
    Class c3 = Class.forName("com.bjpowernode.java_demo.fifteen.Writer");    
    System.out.println(c3.getName());
}catch (ClassNotFoundException e) {    
    e.printStackTrace();
}
  • 当使用.class来获取Class对象时,不会自动地初始化该Class对象,初始化被延迟到了对静态方法或者非final静态域进行首次引用时才执行。这样做不仅更简单,而且更安全,因为它在编译时就会受到检查(因此不需要置于try语句块中)。
  • Class.forName会自动地初始化该Class对象,但需要指定类名,并且需要置于try语句块中。

3. Class类提供的常用方法

Class类为我们提供了一些非常有用的方法,比如说getName()用来返回类名,getPackage()返回类所在的包名。我们还可以利用Class类提供的newInstance()方法来创建相应类的对象,比如:

Class c2 = Writer.class;
System.out.println(c2.getName());
try {    
    Writer wangsan = (Writer) c2.newInstance();    
    System.out.println(wangsan);    
    
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException e1) {    
    e1.printStackTrace();
}

输出:com.bjpowernode.java_demo.fifteen.Writer@7852e922
由于我们在创建Class对象c2时没有使用泛型,所以newInstance()返回的对象类型需要强转为Writer。我们可以在此基础上进行改进,示例如下:

Class<Writer> c4 = Writer.class;
System.out.println(c4.getName());
try {    
    Writer wangsan = c4.newInstance();    
    System.out.println(wangsan);    
    // 输出:com.cmower.java_demo.fifteen.Writer@7852e922
}catch (InstantiationException | IllegalAccessException e1) {    
    e1.printStackTrace();
}

4.反射

我们还可以通过getFields()获取所有public修饰的字段,通过getMethods()返回所有public修饰的方法。甚至,我们还可以通过getDeclaredFields()获取更多字段,包括公共、受保护、默认(包)访问和私有字段,但不包括继承字段。对应的,getDeclaredMethods()用来获取更多方法。示例如下:

package com.bjpowernode.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("很多很多钱");    
    }
}
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();        
    }    
    }
}

上面的例子其实涉及到了反射,Field、Method(还有例子中未提到的Constructor)都来自java.lang.reflect类库。Class类与java.lang.reflect类库一起对反射的概念进行了支持。

有时候,我们需要从磁盘文件或网络文件中读取一串字节码,并把它转换成一个类,这时候就需要用到反射。最常见的典型例子就是将一串JSON字符串(在网络传输中最初的形态可能是字节数组)反射为对应类型的对象。阿里巴巴提供的FastJSON提供了 toJSONString() 和 parseObject() 方法来将 Java 对象与 JSON 相互转换。调用toJSONString方法即可将对象转换成 JSON 字符串,parseObject 方法则反过来将 JSON 字符串转换成对象。FastJSON的内部其实用的就是反射机制

package com.bjpowernode.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("序列化后数据:" + 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("反序列化后数据 : " + objectString);        
    return JSON.parseObject(objectString, obj);    
    }        
    public static <T> Object stringToObject(String data, Class<T> obj) throws UnsupportedEncodingException {        
        logger.debug("反序列化后数据 : " + data);        
    return JSON.parseObject(data, obj);    
    }
}
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