Java在运行时识别类型信息的方法详解

时间:2021-08-13 12:53:50

前言

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。

01 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:

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package com.cmower.java_demo.fifteen;
 
class author {
 private string pen_name;
 private string real_name;
}

现在,我们想知道writer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:

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public class test {
 public static void main (string [] args) {
  author wanger = new author();
  class c1 = wanger.getclass();
  system.out.println(c1.getname());
  //输出 com.cmower.java_demo.fifteen.author
 }
}

当我们创建了作者对象wanger后,就可以通过wanger.getclass()获取wanger的class对象,通过c1.getname()可获得wanger对象的类名。

想象一下,经过五年的刻意练习,王二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:

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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());
  //输出 com.cmower.java_demo.fifteen.writer
 }
}

在上例中,即使我们将writer的对象引用wanger向上转型为author,wanger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wanger的引用类型是author而丢失wanger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。

02 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wanger。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:

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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)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)。

2)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。

03 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:

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class c2 = writer.class;
system.out.println(c2.getname());
 
try {
 writer wangsan = (writer) c2.newinstance();
 system.out.println(wangsan);
 // 输出:com.cmower.java_demo.fifteen.writer@7852e922
} catch (instantiationexception | illegalaccessexception e1) {
 e1.printstacktrace();
}

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:

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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();
}

04 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:

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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。

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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);
 }
}

05 总结

为了完成这篇文章,我特意和青苗谷的一名技术专家聊了聊,问他了几个很傻逼的问题:“‘运行时'是什么意思?是站在java虚拟机的角度,还是程序员的角度?”

他给了我很好的解释和启发,我不由觉得非常的惭愧,作为一名年纪颇长的java学习者,竟然对理论知识薄弱到令人发指的地步——不知道你是否也有这样的困惑?

但写作的好处就在于此,在向读者解释“java如何在运行时识别类型信息”的过程中,我的思路逐渐地清晰了起来——这真是一个自我提升的好办法!

好了,以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对服务器之家的支持。

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