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原來我一直將java當做不用delete的c++來用，但是最近在工作上遇到一些問題，發現這樣的做法不管用，因為工作上遇到的java代碼采用了很多框架，例如spring boot之類。當我想深入了解這些框架的設計原理時發現，如果不了解java的高級語法特性，這些框架的設計思維或運行方式根本就無法理解。

后來稍微調查一下發現，自從java8之后，java的語法發生了巨大的變化，代碼的設計模式也不再像以前“不用delete的c++”，參照原來c++的思維去解讀java代碼已經行不通了，于是重新學習，順便在學習和思考中做一些總結輸出。

java新增語法特征中，有較為抽象的一部分叫反射，其實說白了就是用程序來控制程序。java將一切概念都包含在類中，于是對應每一個具體類，語言體系還為特定的具體類生成了描述其特性的抽象類，例如我們定義了如下一個類：

static public class HelloWorld { 
    public void sayHelloWorld1(String s) { 
           System.out.println("say hello world 1!: " + s); 
       } 
 
       public void sayHelloWorld2(int i) { 
           System.out.println("say hello world 2: " + i); 
       } 
 
       protected  void sayHelloWorld3() { 
           System.out.println("say hello world3"); 
       } 
 
       private void sayHelloworld4() { 
           System.out.println("say hello world4"); 
       } 
 
       public String field1 = "hello"; 
       protected int field2 = 1; 
       private int field3 = 2; 
 
   } 

這個類里面有公有，保護，私有等幾個方法，虛擬機在為這個類生成字節碼時，還構建了另一個類，用于描述這個類的類，可以稱為它的源類，后者用來描述前者在編程語言上的特性，例如它包含了哪些方法，這些方法對應的參數，返回值，公有私有等，如果把一個類比作人，那么反射其實就是x光掃描，它把你內外的具體細節都暴露出來，我們看看怎么用反射來解讀上面定義的類：

public static void manipulateHelloWorldClass(Object obj) { 
        Class cls = obj.getClass(); 
        //打印出類對象對應的類名 
        System.out.println("object class name: " + cls.getName()); 
        //返回實例對應的類所聲明的所有函數 
        Method[] methods = cls.getDeclaredMethods(); 
        for (Method method : methods) { 
            System.out.println("delcared method name: " +  method.getName()); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        HelloWorld helloWorld = new HelloWorld(); 
        manipulateHelloWorldClass(helloWorld); 
    } 

上面代碼運行后輸出結果如下：

可以看到，代碼打印出helloword實例對象在編程語言上的信息，例如上面代碼就打印出它對應類的名字，都有哪些方法等等，在Java語言中Class類也叫原類，它用來解析所有實例對應類在編程語法上的信息，每個實例對應的類都能得到一個Class類對應的實例，就像代碼中那樣，這個實例能夠查詢對應類有哪些方法，定義了哪些字段.

代碼中調用了getDeclaredMethods來獲得實例所對應類在定義時聲明的所有方法，Class類還有一個方法叫getMethods，它返回實例對應類自己在定義時所聲明的公有方法，以及繼承過來的所有公有方法。

反射機制一個很重要的作用就是能夠查詢給定實例是否有特定接口，然后調用相關接口，代碼如下：

public static void callMethod(Object obj) { 
        Class cls = obj.getClass(); 
        try { 
            Method method = cls.getMethod("sayHelloWorld1", new Class[] {String.class}); 
            method.invoke(obj, new Object[]{"hello world"}); 
            method = cls.getMethod("sayHelloWorld2", new Class[] {int.class}); 
            method.invoke(obj, new Object[]{new Integer(123)}); 
        } catch(NoSuchMethodException e) { 
            e.printStackTrace();; 
        } catch (IllegalAccessException e) { 
            throw new IllegalArgumentException("Insufficient access permissions to call" 
                    + "setColor(:Color) in class " + cls.getName()); 
        } catch (InvocationTargetException ex) { 
            throw new RuntimeException(ex); 
        } 
 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        HelloWorld helloWorld = new HelloWorld(); 
      //  manipulateHelloWorldClass(helloWorld); 
        callMethod(helloWorld); 
    } 

上面代碼執行后結果如下所示：

我們可以體會到，c++是不會有這種特性的，java由于具備了這種反射機制，使得它能夠用來開發很多框架，在java世界里形形色色的框架特別多，這跟它在語法上支持反射不無關系，類似spring boot這些java程序員絕對必須要掌握的框架，它的設計就大量使用了反射機制。

使用反射功能還可以很好的實現類實例的序列化，當我們想要將一個類實例的信息從內存存儲到硬盤時，我們就需要將類實例當前內部各個字段的信息存儲到文件里，以后需要的時候再從文件中讀出，然后利用讀到的數據重新把類的實例new出來，因此實現序列化第一步就是要獲得類實例所有字段的數據，相應代碼如下：

import java.lang.reflect.*; 
import java.util.*; 
 
public class Serializer { 
    public static Field[] getInstanceVariable(Object obj) { 
        Class cls = obj.getClass(); 
        List accumFields = new LinkedList(); 
        while (cls != null) { 
            //獲得實例對應類所聲明的全部字段 
            Field[] fields = cls.getDeclaredFields(); 
            for (Field field : fields) { 
                accumFields.add(field); //將字段對應的元類對象存儲起來 
            } 
 
            cls = cls.getSuperclass(); //獲得父類對象 
        } 
    } 
} 

代碼中要注意到，實例化一個類實例時，還需要考慮這個類的繼承關系，如果它有父類的話，我們還需要取得其父類的字段對應的信息，所以代碼中使用getSupperclass方法獲得實例對應類的父類的源類對象。

前面代碼中我們看到，Field類對應的getModifier能返回字段的修飾屬性，也就是字段是public, private, protected , static, native等等，它返回的是一個2的指數冪數值，實際上它對應一個16比特位數值，當字段屬于哪種情況，就在相應的比特位上設置為1，因為字段的屬性總共有16種，因此getModifier返回一個2字節的整數。

得到這個數值后，我們再調用一系列方法獲得其屬性，例如isPublic返回字段是否是public類型，isPrivate返回字段是否為private類型等。由于我們在序列化一個實例時，不用關注那些靜態變量，因為靜態變量的值是寫死的，因此需要對上面的代碼進行修改，忽略掉那些被static修飾的字段:

import java.lang.reflect.*; 
import java.util.*; 
 
public class Serializer { 
    public static Field[] getInstanceVariable(Object obj) { 
        Class cls = obj.getClass(); 
        List accumFields = new LinkedList(); 
        while (cls != null) { 
            //獲得實例對應類所聲明的全部字段 
            Field[] fields = cls.getDeclaredFields(); 
            for (Field field : fields) { 
                //確保字段不是static類型 
                if(!Modifier.isStatic(field.getModifiers())) { 
                    accumFields.add(field); 
                } 
            } 
 
            cls = cls.getSuperclass(); //獲得父類對象 
        } 
 
        Field[] retvalue = new Field[accumFields.size()]; 
        return (Field[])accumFields.toArray(retvalue); 
    } 
} 

這里還有很多問題需要考慮，例如序列化實例時，我們需要獲取類實例里面字段的值，但是如果字段屬性是private或者protected時，我們就不能直接從類實例中讀取字段內容，同時如果字段對應的是數組類型，那么我們還得采取特定的處理方法，為了防止文章長度過長令人看不下去，我們把這些內容總結再下一篇。