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【Java】反射调用与面向对象结合使用产生的惊艳

缘起


我在看Spring的源码时,发现了一个隐藏的问题,就是父类方法(Method)在子类实例上的反射(Reflect)调用。

初次看到,感觉有些奇特,因为父类方法可能是抽象的或私有的,但我没有去怀疑什么,这可是Spring的源码,肯定不会有错。

不过我去做了测试,发现确实是正确的,那一瞬间竟然给我了一丝的惊艳。

这其实是面向对象(继承与重写,即多态)和反射结合的产物。下面先来看测试,最后再进行总结。

友情提示:测试内容较多,不过还是值得一看。


具体方法的继承与重写


先准备一个父类,有三个方法,分别是public,protected,private。

public class Parent {

    public String m1() {
        return "Parent.m1";
    }

    protected String m2() {
        return "Parent.m2";
    }

    private String m3() {
        return "Parent.m3";
    }
}


再准备一个子类,继承上面的父类,也有三个相同的方法。

public class Child extends Parent {

    @Override
    public String m1() {
        return "Child.m1";
    }

    @Override
    protected String m2() {
        return "Child.m2";
    }

    private String m3() {
        return "Child.m3";
    }
}


public和protected是对父类方法的重写,private自然不能重写。

首先,通过反射获取父类和子类的方法m1,并输出:

Method pm1 = Parent.class.getDeclaredMethod("m1");
Method cm1 = Child.class.getDeclaredMethod("m1");

Log.log(pm1);
Log.log(cm1);


输出如下:

public java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Parent.m1()
public java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Child.m1()


可以看到,一个是父类的方法,一个是子类的方法。

其次,比较下这两个方法是否相同或相等:

Log.log("pm1 == cm1 -> {}", pm1 == cm1);
Log.log("pm1.equals(cm1) -> {}", pm1.equals(cm1));


输入如下:

pm1 == cm1 -> false
pm1.equals(cm1) -> false


它们既不相同也不相等,因为一个在父类里,一个在子类里,它们各有各的源码,互相独立。

然后,实例化父类和子类对象:

Parent p = new Parent();
Child c = new Child();


接着,父类方法分别在父类和子类对象上反射调用:

Log.log(pm1.invoke(p));
Log.log(pm1.invoke(c));


输出如下:

Parent.m1
Child.m1


父类方法在父类对象上反射调用输出Parent.m1,这很好理解。

父类方法在子类对象上反射调用输出Child.m1,初次看到的话,还是有一些新鲜的。

明明调用的是父类版本的Method,输出的却是子类重写版本的结果。

然后,子类方法分别在父类和子类对象上反射调用:

Log.log(cm1.invoke(p));
Log.log(cm1.invoke(c));


输出如下:

IllegalArgumentException
Child.m1


子类方法在父类对象上反射调用时报错。

子类方法在子类对象上反射调用时输出Child.m1,这很好理解


按照同样的方式,对方法m2进行测试,得到的结果和m1一样。

它们一个是public的,一个是protected的,对于继承与重写来说是一样的。

然后再对方法m3进行测试,它是private的,看看会有什么不同。

首先,父类方法分别在父类和子类对象上反射调用:

Log.log(pm3.invoke(p));
Log.log(pm3.invoke(c));


输入如下:

Parent.m3
Parent.m3


可以看到,输出的都是父类里的内容,和上面确实有所不同。

其次,子类方法分别在父类和子类对象上反射调用:

Log.log(cm3.invoke(p));
Log.log(cm3.invoke(c));


输出如下:

IllegalArgumentException
Child.m3


子类方法在父类对象上反射调用时报错。

子类方法在子类对象上反射调用时输出Child.m3。


抽象方法的继承与重写


再大胆一点,使用抽象方法来测试下。

先准备一个抽象父类,有两个抽象方法。

public abstract class Parent2 {

    public abstract String m1();

    protected abstract String m2();
}


再准备一个子类,继承这个父类,并重写抽象方法。

public class Child2 extends Parent2 {

    @Override
    public String m1() {
        return "Child2.m1";
    }

    @Override
    protected String m2() {
        return "Child2.m2";
    }
}


使用反射分别获取父类和子类的方法m1,并输出下:

public abstract java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Parent2.m1()
public java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Child2.m1()

pm1 == cm1 -> false
pm1.equals(cm1) -> false


可以看到父类方法是抽象的,子类重写后变为非抽象的,这两个方法既不相同也不相等。

由于父类是抽象类,不能实例化,因此只能在子类对象上反射调用这两个方法:

Log.log(pm1.invoke(c2));
Log.log(cm1.invoke(c2));


输出如下:

Child2.m1
Child2.m1


没有报错。且输出正常,是不是又有一丝新鲜感,抽象方法也可以被反射调用。

对方法m2进行测试,得到相同的结果,因为protected和public对于继承与重写的规则是一样的。


接口方法的实现与继承


胆子渐渐大起来,再用接口来试试。

准备一个接口,包含抽象方法,默认方法和静态方法。

public interface Inter {

    String m1();

    default String m2() {
        return "Inter.m2";
    }

    default String m3() {
        return "Inter.m3";
    }

    static String m4() {
        return "Inter.m4";
    }
}


准备一个实现类,实现这个接口,实现方法m1,重写方法m2。

public class Impl implements Inter {

    @Override
    public String m1() {
        return "Impl.m1";
    }

    @Override
    public String m2() {
        return "Impl.m2";
    }

    public static String m5() {
        return "Impl.m5";
    }
}


分别从接口和实现类获取方法m1,并输出:

public abstract java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Inter.m1()
public java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Impl.m1()

im1 == cm1 -> false
im1.equals(cm1) -> false


可以看到接口中的方法是抽象的。因为它没有方法体。

因为接口不能实例化,所以这两个方法只能在实现类上反射调用:

Impl c = new Impl();

Log.log(im1.invoke(c));
Log.log(cm1.invoke(c));


输出如下:

Impl.m1
Impl.m1


没有报错,输出正常,又一丝的新鲜,接口里的方法也可以通过反射调用。

对m2进行测试,m2是接口的默认方法,且被实现类重新实现了。

输出下接口中的m2和实现类中的m2,如下:

public default java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Inter.m2()
public java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Impl.m2()

im2 == cm2 -> false
im2.equals(cm2) -> false


这两个方法既不相同也不相等。

把它们分别在实现类上反射调用:

Impl c = new Impl();

Log.log(im2.invoke(c));
Log.log(cm2.invoke(c));


输出如下:

Impl.m2
Impl.m2


因为实现类重写了接口默认方法,所以输出的都是重写后的内容。

对m3进行测试,m3也是接口的默认方法,不过实现类没有重新实现它,而是选择使用接口的默认实现。

同样从接口和实现类分别获取这个方法,并输出:

public default java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Inter.m3()
public default java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Inter.m3()

im3 == cm3 -> false
im3.equals(cm3) -> true


发现输出的都是接口的方法,它们虽然不相同(same),但是却相等(equal)。因为实现类只是简单的继承,并没有重写。

这两个方法都在实现类的对象上反射调用,输出如下:

Inter.m3
Inter.m3


都输出的是接口的默认实现。

因为接口也可以包含静态方法,索性都测试了吧。

m4就是接口静态方法,也分别从接口和实现类来获取方法m4,并进行输出:

Method im4 = Inter.class.getDeclaredMethod("m4");
Method cm4 = Impl.class.getMethod("m4");


输出如下:

public static java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Inter.m4()
NoSuchMethodException


从接口获取静态方法正常,从实现类获取静态方法报错。表明实现类不会继承接口的静态方法。

通过反射调用接口静态方法:

Log.log(im4.invoke(null));


静态方法属于类(也称类型)本身,调用时不需要对象,所以参数传null(或任意对象都行)即可。

也可以使用接口直接调用静态方法:

Log.log(Inter.m4());


输出结果自然都是Inter.m4。

编程新说注:实现类不能调用接口的静态方法,接口的静态方法只能由接口本身调用,但子类可以调用父类的静态方法。


字段的继承问题


我也是脑洞大开,竟然想到用字段进行测试。那就开始吧。

先准备一个父类,含有三个字段。

public class Parent3 {

    public String f1 = "Parent3.f1";

    protected String f2 = "Parent3.f2";

    private String f3 = "Parent3.f3";
}

再准备一个子类,继承父类,且含有三个相同的字段。

public class Child3 extends Parent3 {

    public String f1 = "Child3.f1";

    protected String f2 = "Child3.f2";

    private String f3 = "Child3.f3";
}

纳尼,子类可以定义和父类同名的字段,而且也不报错,关键IDE也没有提示。

请允许我吐槽几句,人们都说C#是一门优雅的语言,优雅在哪里呢?来见识下。

先写基类(C#里喜欢叫基类,Java里喜欢叫父类):

public class CsBase {
    public string name = "李新杰";
}

再写继承类:

public class CsInherit : CsBase {
    new public string name = "编程新说";
}

看到了吧,子类要想覆盖(即遮罩)父类里的成员,需要加一个new关键字,提示一下写代码的人,让他知道自己在干什么,别无意间弄错了。

这就是优雅,而Java呢,啥玩意儿都没有,存在出错的风险吧,当然其实一般也没有问题。

一吐为快

C#就是一杯咖啡,即使不加奶不加糖不需要搅拌的时候也会给你一把小勺子,让你随意的搅动两下,体现一下优雅。

Java就是一个大蒜,不仅听到后就掉了档次,而且有人吃的时候连蒜皮都不剥,直接用嘴咬,然后再把皮吐出来。

这是以前郭德纲和周立波互喷的时候说的喝咖啡的高雅,吃大蒜的低俗,我这里借鉴过来再演绎一下,哈哈。

简单自嗨一下,不必当真,Java和C#在语法上的细节差异,主要是语言之父们的哲学思维不同,但是都说得通。

这就像是,靠左走还是靠右走好呢?没啥区别,定好规则即可。

言归正传,分别获取子类和父类的f1字段并进行输出:

public java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Parent3.f1
public java.lang.String org.cnt.java.reflect.method.Child3.f1

pf1.equals(cf1-false

这两个字段不相等。

然后分别实例化父类和子类:

Parent3 p = new Parent3();
Child3 c = new Child3();

父类字段分别在父类和子类实例上反射调用:

Log.log(pf1.get(p));
Log.log(pf1.get(c));

输出如下:

Parent3.f1
Parent3.f1

可以看到,输出的都是父类的字段值。

子类字段分别在父类和子类对象上反射调用:

Log.log(cf1.get(p));
Log.log(cf1.get(c));

输出如下:

IllegalArgumentException
Child3.f1

子类字段在父类对象上反射调用时报错。

子类字段在子类对象上反射调用时输出的是子类的字段值。

用相同的方法对字段f2和f3进行测试,得到的结果是一样的。即使一个是protected的,一个是private的。

结论

看了这么多,相信都已迫不及待的想知道结论了。那就一起总结下吧。

总的来看,反射调用输出的结果和直接使用对象调用是一样的,说明反射调用也是支持面向对象的多态特性的。不然就乱套了嘛。

使用对象调用时,会根据运行时对象的具体类型,找出该类型对父类方法的重写版本或继承版本,然后再在对象上调用这个版本的方法。

对于反射也是完全一样的,它也关注这两个东西,哪个方法和哪个运行时对象。

反射调用与继承重写结合后的规则是这样的:

对于public和protected的方法,由于可以被继承与重写,所以真正起作用的是运行时对象,跟方法(反射获取的Method)无关。

无论它是从接口获取的,还是从父类获取的,或是从子类获取的,或者说是抽象的,都无所谓,关键看在哪个对象上调用。

对于private的方法,由于不能被继承与重写,所以真正起作用的就是方法(反射获取的Method)本身,而与运行时对象无关。

对于public和protected的字段,可以被继承,但是面向对象规定字段是不可以被重写的,所以真正起作用的就是字段(反射获取的Field)本身,而与运行时对象无关。

对于private的字段,不可以被继承,也不能被重写,所以真正起作用的就是字段(反射获取的Field)本身,而与运行时对象无关。

哈哈,应该明白过来了吧,这不就是面向对象的特性嘛,谁说不是呢。因为反射调用也是要遵从面向对象的规则的。

还有一点,父类的字段和方法可以在子类对象上反射调用,因为子类是父类的一个特殊分支,子类继承了父类嘛。

但是,子类自己定义的字段与方法或者重写了的方法,不可以在父类对象上反射调用,因为父类不能转换为子类。

好比,可以说人是动物,但反过来,说动物是人就不对了。测试中遇到的报错就属于这种情况,这种规则也是面向对象规定的。

这就是反射和面向对象结合的惊艳,如果都明白了文章中的示例,那也就明白了这种惊艳。

此外,反射至少还有以下两个好处:

1)写法统一,不管什么类的什么方法,都是method.invoke(..)来调用,很适合用作框架开发,因为框架要求的就是统一模型或写法。

2)支持了面向对象的特征,且突破了面向对象的限制,因为反射可以调用父类的私有方法和私有字段,还可以在类的外面调用它的私有和受保护的方法和字段。

我之前写过一篇分析面向对象的文章《三个臭皮匠的OO哲学,from C++、C# and Java》,那里有比较深刻的思考,推荐一看。

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