【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。

示例完整源码：
https://github.com/coding-new-talking/java-code-demo.git

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作者是工作超过10年的码农，现在任架构师。喜欢研究技术，崇尚简单快乐。追求以通俗易懂的语言解说技术，希望所有的读者都能看懂并记住。下面是公众号的二维码，欢迎关注！